纤维力学性能研究
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• 成熟市场有航空航天及国防领域（飞机、火箭、 导弹、卫星、雷达等）和体育休闲用品（高尔 夫球杆、渔具、网球拍、羽毛球拍、箭杆、自 行车、赛艇等）； • 新兴市场有增强塑料、压力容器、建筑加固 建筑加固、 建筑加固 风力发电、摩擦材料、钻井平台等； • 待开发市场有汽车、医疗器械、新能源等。
FRP的工程应用 的工程应用
谢谢！
对于CFRP，测试结果为：平均极限荷载6980.42N， ，测试结果为：平均极限荷载 对于 ， 按其净截面面积1.67mm2计算，平均抗拉强度 计算， 按其净截面面积 计算 4192.45MPa，弹性模量 ，弹性模量243.15GPa，极限应变 ，极限应变1.69%
FRP的应用
纤维的应用范围很广泛，主要应用领域为：
近十年来，尤其在美国北岭地震和日本阪神大地震后， 近十年来，尤其在美国北岭地震和日本阪神大地震后， FRP材料 主要是片材 加固补强混凝土结构技术在工程 材料(主要是片材 材料 主要是片材)加固补强混凝土结构技术在工程 中得到了很好的应用。 中得到了很好的应用。随着这项技术在世界各地的推广 和发展， 材料的轻质高强、 和发展，FRP材料的轻质高强、耐腐蚀、施工性能好等 材料的轻质高强 耐腐蚀、 优越性能被工程界逐渐认可， 优越性能被工程界逐渐认可，开始以各种形式应用于各 类土木与建筑结构工程中。 类土木与建筑结构工程中。工程中利用纤维和环氧树脂 胶对结构构件进行加固处理。 胶对结构构件进行加固处理。
对于BFRP，测试结果为：平均极限荷载4743N，按其 ，测试结果为：平均极限荷载 对于 ， 净截面面积2.052mm2计算，平均抗拉强度 计算，平均抗拉强度2311MPa，弹 净截面面积 ， 性模量85GPa，极限应变2.72%。 性模量 ，极限应变 。
CFRP的材性 的材性
试验号 CFRP-1 CFRP-2 CFRP-3 平均值 试件面积 （㎜2） 1.665 1.665 1.665 1.67 最大载荷 （N） ） 6225.55 7507.41 7208.31 6980.42 抗拉强度 （MPa） ） 3739.07 4508.96 4329.32 4192.45 弹性模量 （GPa） ） 237.18 244.98 247.30 243.15 断裂伸长 率（％） 1.58 1.83 1.67 1.69
抗弯加固 抗剪加固 加固技术原理如图所示
FRP的现状及前景
需求量日益增长，碳纤 • 随着近年来我国对碳纤维的需求量日益增长 需求量日益增长 维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品，成为 国内新材料行业研发的热点。 • 我国碳纤维生产发展缓慢，而消费量却一直在逐渐 增加，市场需求旺盛。国外即使已经对我国解除了 禁运，开始也只能是通用级纤维，而不会向我们出 售高性能纤维技术和设备。国家迫切需要短期内突 破的高新技术纤维品种，所以需要国人自力更生、 自力更生、 自力更生 努力创新。 努力创新 • FRP材料因其轻质高强并且高稳定性等优点，已经 成为科研的热点 科研的热点并且形成了单独的学科 单独的学科，相信随着 科研的热点 单独的学科 研究的深入以及生产技术的发展，FRP将会成为土 木行业的主流材料。
FRP的分类
• FRP 品种繁多，性能各别，用途广泛。 • (1)其分类按原材料成分可分成玻璃纤 维(Glass FRP) GFRP，碳纤维 (Carbon FRP) CFRP，芳纶纤维 (Arimid FRP)AFRP，连续玄武岩纤 维(Basalt FRP) BFRP和日本新产品： (Dyneema) DFRP。如图7a~d
FRP的力学性能对比 FRP的力学性能对比
FRP的力学性能试验
• 试件的制作 • 试验过程及破坏形态 • 数据分析
FRP材性试件制作
慧鱼胶 • 试验过程及结果 • 数据分析 1.试件制作 试件制作 1:4混合 1:4混合
瑞格尔万能试验机
2.试验结果与破坏形态 试验结果与破坏形态
BFRP的材性 的材性
3100362 王力 道路与铁道工程
FRP材料概述
FRP (Fiber Reinforced Polymers) 是指以纤维
或其制品作为增强材料的一种复合材料，是由碳、 玻 璃、 芳纶等纤维材料用环氧树脂等基体材料按一定比 例拌和并经过一定工艺复合而成，它以树脂基体为分散 介质，以增强材料为分散相，二者的有机组合使所制成 的高性能复合材料FRP。
Biblioteka Baidu
FRP的性能
• FRP是一种力学性能优异的新材料，抗拉强度高 （为普通钢材的7~10倍），密度低（仅为钢材的约 1/5）. • 碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以 上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为230~430GPa亦 高于钢。 • 因此CFRP的比强度 比强度即材料的强度与其密度之比可达 比强度 到2000MPa/(g/cm3)以上，而钢的比强度仅为 59MPa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的 比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构 件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工 程的广阔应用前景。
试验号 BFRP-1 BFRP-2 BFRP-3 BFRP-4 BFRP-5 平均值 试件面积 （㎜2） 2.052 2.052 2.052 2.052 2.052 2.052 最大载荷 （N） ） 4679 4811 4797 4399 5029 4743 抗拉强度 （MPa） ） 2280 2345 2338 2144 2451 2311 弹性模量 （GPa） ） 82 85 88 84 86 85 断裂伸长 率（％） 2.78 2.77 2.66 2.54 2.84 2.72
按材料分FRP种类示意图 按材料分FRP种类示意图 FRP
芳纶纤维AFRP(黄色 黄色) 芳纶纤维 黄色
碳纤维CFRP 碳纤维
玻璃纤维GFRP 玻璃纤维
超高分子量聚乙烯 纤维DFRP 纤维
玄武岩纤维BFRP 玄武岩纤维
按外形分FRP种类示意图 按外形分FRP种类示意图 FRP
布材
网格
板材
索材
管材 丝状 筋状
FRP的工程应用 的工程应用
谢谢！
对于CFRP，测试结果为：平均极限荷载6980.42N， ，测试结果为：平均极限荷载 对于 ， 按其净截面面积1.67mm2计算，平均抗拉强度 计算， 按其净截面面积 计算 4192.45MPa，弹性模量 ，弹性模量243.15GPa，极限应变 ，极限应变1.69%
FRP的应用
纤维的应用范围很广泛，主要应用领域为：
近十年来，尤其在美国北岭地震和日本阪神大地震后， 近十年来，尤其在美国北岭地震和日本阪神大地震后， FRP材料 主要是片材 加固补强混凝土结构技术在工程 材料(主要是片材 材料 主要是片材)加固补强混凝土结构技术在工程 中得到了很好的应用。 中得到了很好的应用。随着这项技术在世界各地的推广 和发展， 材料的轻质高强、 和发展，FRP材料的轻质高强、耐腐蚀、施工性能好等 材料的轻质高强 耐腐蚀、 优越性能被工程界逐渐认可， 优越性能被工程界逐渐认可，开始以各种形式应用于各 类土木与建筑结构工程中。 类土木与建筑结构工程中。工程中利用纤维和环氧树脂 胶对结构构件进行加固处理。 胶对结构构件进行加固处理。
对于BFRP，测试结果为：平均极限荷载4743N，按其 ，测试结果为：平均极限荷载 对于 ， 净截面面积2.052mm2计算，平均抗拉强度 计算，平均抗拉强度2311MPa，弹 净截面面积 ， 性模量85GPa，极限应变2.72%。 性模量 ，极限应变 。
CFRP的材性 的材性
试验号 CFRP-1 CFRP-2 CFRP-3 平均值 试件面积 （㎜2） 1.665 1.665 1.665 1.67 最大载荷 （N） ） 6225.55 7507.41 7208.31 6980.42 抗拉强度 （MPa） ） 3739.07 4508.96 4329.32 4192.45 弹性模量 （GPa） ） 237.18 244.98 247.30 243.15 断裂伸长 率（％） 1.58 1.83 1.67 1.69
抗弯加固 抗剪加固 加固技术原理如图所示
FRP的现状及前景
需求量日益增长，碳纤 • 随着近年来我国对碳纤维的需求量日益增长 需求量日益增长 维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品，成为 国内新材料行业研发的热点。 • 我国碳纤维生产发展缓慢，而消费量却一直在逐渐 增加，市场需求旺盛。国外即使已经对我国解除了 禁运，开始也只能是通用级纤维，而不会向我们出 售高性能纤维技术和设备。国家迫切需要短期内突 破的高新技术纤维品种，所以需要国人自力更生、 自力更生、 自力更生 努力创新。 努力创新 • FRP材料因其轻质高强并且高稳定性等优点，已经 成为科研的热点 科研的热点并且形成了单独的学科 单独的学科，相信随着 科研的热点 单独的学科 研究的深入以及生产技术的发展，FRP将会成为土 木行业的主流材料。
FRP的分类
• FRP 品种繁多，性能各别，用途广泛。 • (1)其分类按原材料成分可分成玻璃纤 维(Glass FRP) GFRP，碳纤维 (Carbon FRP) CFRP，芳纶纤维 (Arimid FRP)AFRP，连续玄武岩纤 维(Basalt FRP) BFRP和日本新产品： (Dyneema) DFRP。如图7a~d
FRP的力学性能对比 FRP的力学性能对比
FRP的力学性能试验
• 试件的制作 • 试验过程及破坏形态 • 数据分析
FRP材性试件制作
慧鱼胶 • 试验过程及结果 • 数据分析 1.试件制作 试件制作 1:4混合 1:4混合
瑞格尔万能试验机
2.试验结果与破坏形态 试验结果与破坏形态
BFRP的材性 的材性
3100362 王力 道路与铁道工程
FRP材料概述
FRP (Fiber Reinforced Polymers) 是指以纤维
或其制品作为增强材料的一种复合材料，是由碳、 玻 璃、 芳纶等纤维材料用环氧树脂等基体材料按一定比 例拌和并经过一定工艺复合而成，它以树脂基体为分散 介质，以增强材料为分散相，二者的有机组合使所制成 的高性能复合材料FRP。
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FRP的性能
• FRP是一种力学性能优异的新材料，抗拉强度高 （为普通钢材的7~10倍），密度低（仅为钢材的约 1/5）. • 碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以 上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为230~430GPa亦 高于钢。 • 因此CFRP的比强度 比强度即材料的强度与其密度之比可达 比强度 到2000MPa/(g/cm3)以上，而钢的比强度仅为 59MPa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的 比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构 件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工 程的广阔应用前景。
试验号 BFRP-1 BFRP-2 BFRP-3 BFRP-4 BFRP-5 平均值 试件面积 （㎜2） 2.052 2.052 2.052 2.052 2.052 2.052 最大载荷 （N） ） 4679 4811 4797 4399 5029 4743 抗拉强度 （MPa） ） 2280 2345 2338 2144 2451 2311 弹性模量 （GPa） ） 82 85 88 84 86 85 断裂伸长 率（％） 2.78 2.77 2.66 2.54 2.84 2.72
按材料分FRP种类示意图 按材料分FRP种类示意图 FRP
芳纶纤维AFRP(黄色 黄色) 芳纶纤维 黄色
碳纤维CFRP 碳纤维
玻璃纤维GFRP 玻璃纤维
超高分子量聚乙烯 纤维DFRP 纤维
玄武岩纤维BFRP 玄武岩纤维
按外形分FRP种类示意图 按外形分FRP种类示意图 FRP
布材
网格
板材
索材
管材 丝状 筋状