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纤维增强质料的应用

纤维增强质料的应用
由增强纤维和基体组成。。。纤维(或晶须)的直径很小， ，一般在l0μm以下， ，缺陷较少又小， ，断裂应变不大于百分之三， ，是脆性子料。。。容易损伤、断裂和受到侵蚀。。。 基体相关于纤维来说强度和模量要低得多但可经受较大的应变往往具有粘弹性和弹塑性是韧性子料。。。 纤维增强复合质料由纤维的是非可分为短纤维增强复合质料、长纤维复合质料和杂乱短纤维增强复合质料。。。纤维增强复合质料由于纤维和基体的差别品种许多如碳纤维增强环氧、硼纤维增强环氧、Kevlar纤维增强环氧、Kevlar纤维增强橡胶、玻璃纤维增强塑料、硼纤维增强铝、石墨纤维增强铝、碳纤维增强陶瓷、碳纤维增强碳和玻璃纤维增强水泥等。。。
    纤维增强质料首先要说明一个看法， ，就是“复合质料”。。。广义上， ，复合质料是指由两种或两种以上差别性子或差别组织的组分（单位）组成的质料。。。从工程看法上讲， ，复合质料是指以人工方式将两种或多种性子差别， ，但由可性能互补的质料复合起来做成的新质料。。。复合质料的组分分成基体和增强体两个部分。。。通常将其中一连漫衍的组分称为基体， ，如聚合物（树脂）基体、金属基体、陶瓷基体；；；；将纤维、颗粒、晶须平疏散在基体中的物质称为增强体。。。顾名思义， ，增强体为纤维物质的复合质料就是纤维增强体。。。
    常见的纤维增强复合质料[1~3](Fibre Reinforced Plastics,简称FRP)包括玻璃纤维增强复合质料(Glass Fibre Reinforced Plastics,简称GFRP)、碳纤维增强复合质料(Carbon Fibre Reinforced Plastics,简称CFRP)、芳纶纤维增强复合质料(Aramid Fibre Reinforced Plas- tics,简称AFRP)。。。现在,已经研究开发成熟并在土木匠程中获得普遍使用的主要是CFRP与AFRP,其中 CFRP是迄今为止应用于土木匠程领域早、手艺成熟,也是用量大的一种高性能纤维复合质料。。。AFRP 在修建质料方面的应用主要是用于增强混凝土,具有较好的增强效果,现已乐成应用于桥梁、码头及化工厂等的设施。。。FRP的应用形式主要有纤维布(单向和双向)、片材(以胶粘剂浸渍而成)、一连纤维筋、纤维壳、种种形状的型材、短切纤维及组合结构系统等。。。由于FRP补强质料具有:质量轻;比强度大、比刚度大;抗疲劳性能好;减振性能好;收稿日期:2004-03-31 与混凝土及钢材的热膨胀系数相近;(6)耐侵蚀、非电磁性;可设计性及工艺性好等优点,因而在结构加固及刷新工程中获得了普遍关注。。。在土木修建工程领域的应用是FRP以后生长的主要偏向之一。。。 FRP加固修补手艺 FRP加固要领通常包括粘贴法与纠葛法两种,而粘贴法较量常用。。。粘贴法就是以树脂类胶接质料为基体,把纤维粘贴于结构或构件外貌,形成复合质料体 FRP,通过其与结构或构件的协同事情,抵达对结构构件补强加固及改善受力性能的加固要领[9]。。。FRP的粘贴加固法有以下几种。。。OBAYASHI-MITSUBISHI粘贴法其工艺蹊径如下: 外貌整理(打磨)打底漆打腻子刷底涂(树脂)铺REPLARK(CFRP片材)刷面涂(树脂)外貌涂漆或精加工 SIKA粘贴法 .
    打磨粘贴部位涂底层树脂找平涂刷浸渍树脂粘贴CF再涂一道浸渍涂层布与古板的加固修补要领相比,粘贴FRP加固修补混凝土结构具有显着的手艺优势,主要体现在:施工便捷、工效高,具有优异的可操作性,不需大型施工机械和主要装备,也不需要太大的事情空间,施工占用园地少,适用面广;纤维布质轻且薄,加固后原结构构件截面、荷载增添均不大,不影响原修建物的使用功效;加固施工时对现有结构扰动小,可显着提高现有结构的力学性能、耐久性和耐侵蚀性等而不会影响现有结构的整体性等。。。 FRP加固修补手艺的应用方式有两种,一是直接应用于新建结构中,二是用于旧有结构的维修加固,以取得优异的修建效果。。。FRP用于旧有结构修复与加固时的形式主要是在梁、板、柱以及砌体结构中。。。FRP的应用领域主要体现在桥梁结构、民用修建结构等领域中。。。FRP应用研究现状上世纪60年月美国最先对FRP举行开发,其研究主要集中在GFRP。。。但由于GFRP的弹性模量低而中止研究近20年。。。后由于盐侵蚀钢筋导致修建结构和桥梁结构使用性能退化,而将FRP的研究重新提上日程。。。南达科他矿业理工大学开发了类似于钢绞线的 CFRP绞线(由7股线组成),现在其他大学和研究机构正致力于FRP筋的研究与应用探讨[11]。。。美国加州州立理工大学和俄勒冈州立大学联合举行的课题,不但对一座3跨的小桥实地举行了加固,并且在实验室模拟实地情形举行了实验,划分研究了抗弯、抗剪和抗弯剪三种情形下的加固效果,后还用有限元剖析软件对实验效果举行了有限元剖析,获得了令人知足的效果。。。
    美国加州大学圣地亚哥分校研究生长了盘算机测试模子,用三向有限元手艺ABAQUS来模拟一般桥梁的水泥桥墩、桥柱以及用碳纤维增强后的桥墩、桥柱在地动时的行为。。。美国宇航局(NASA)路易斯研究中心也研究开发了同样的盘算机软件。。。用CFRP的外衣增强水泥桥墩和桥柱(没有内增强)比用5 %的钢筋增强水泥的桥墩和桥柱更牢靠,具有更好的抗震能力。。。加州大学圣地亚哥分校和佛罗里达大学的研究都批注晰CFRP的外衣增强桥梁可大大刷新桥梁的抗地动能力。。。Rajon Sen等[12]使用CF增强环氧树脂层压质料修复补强桥梁,研究批注桥梁的强度大大提高、弹性响应略有增添,并通过实验确定了该方案的可行性。。。并且Rajon Sen等也通过非线性有限元剖析获得了与实验一致的效果,在理论上论证了CF增强聚合物层压质料加固修复钢筋混凝土桥梁的可行性。。。E.Cosenza 等[13]剖析了评估生长长螺纹纤维增强聚合物基复合质料(FRP)加固钢筋混凝土中保存的问题,提出剖析配方的新要领。。。并接纳将FRP钢筋植入混凝土中,然后通过拉力从自由端将其拉出的要领有用地预计了生长可以阻止快速失效的FRP钢筋简直切长度。。。2000年5月在美国加利福尼亚州召开的美国质料与加工增进学会第45届年会与展览(The 45th SAMPE Conference and Exhibition)上,有十几篇报告涉及到这个领域的各个方面,并且聚会还专门组织了 “复合质料桥梁结构角逐”,展出了几十个差别结构的复合质料桥梁。。。
纤维增强复合质料的性能体现在以下方面：
比强度高比刚度大成型工艺好质料性能可以设计抗疲劳性能好。。。破损清静性能好。。。大都增强纤维拉伸时的断裂应变很小、叠层复合质料的层间剪切强度和层间拉伸强度很低、影响复合质料性能的因素许多会引起复合质料性能的较大转变、用硼纤维、碳纤维和碳化硅纤维等高性能纤维制成的树脂基复合质料虽然某些性能很好但价钱腾贵、纤维增强复合质料与古板的金属质料相比具有较高的强度和模量较低的密度、纤维增强复合质料还具有奇异的高阻尼性能因而能较好地吸收振动能量同时镌汰对相邻结构件的影响
颗粒增强复合质料
颗粒增强体是用以改善复合质料的力学性能， ，提高断裂功、耐磨性、硬度， ，增进耐蚀性的颗粒状质料。。。如SiC、TiC、B4C、WC、Al2O3、MoS2、Si3N4、TiB2、BN、C、石墨~~~等
颗粒增强金属基复合质料由于制备工艺简朴、本钱较卑微观组织匀称、质料性能各向同性且可以接纳古板的金属加工工艺举行二次加工等优点， ，已经成为金属基复合质料领域主要的研究偏向。。�？？帕Ｔ銮拷鹗艋春现柿系闹饕逵新痢⒚绢选⑼吞�， ，其中铝基复合质料生长快；；；；而镁的密度更低， ，有更高的比强度、比刚度， ，并且具有优异的阻尼性能和电磁屏障等性能， ，镁基复合质料正成为继铝基之后的又一具有竞争力的轻金属基复合质料。。。镁基复合质料因其密度小， ，且比镁合金具有更高的比强度、比刚度、耐磨性和耐高温性能， ，受到航空航天、汽车、机械及电子等高手艺领域的重视。。�？？帕Ｔ銮棵净春现柿嫌胍涣宋銮俊⒎且涣� (短纤维、晶须等)纤维增强镁基复合质料相比， ，具有力学性能呈各向同性、制备工艺简朴、增强体价钱低廉、易成型、易机械加工等特点， ，是现在有可能实现低本钱、规模�；；；桃瞪拿净春现柿�
    现在,美领土木匠程师学会(ASCE)、混凝土学会(ACI)和试验质料学会(ASTM)正在体例响应的行业标准与规范。。。由英国商业与工业部资助的ROBUST妄想研究批注用CFRP板材来增强桥梁是一个很是有用的步伐,同时也充分证实晰该方案的可行性
玻纤增强质料类型及其应用 
    玻璃纤维及制品是玻璃钢主要的增强组分质料。。。由于使用了玻璃纤维制品， ，可使玻璃钢复合质料， ，提高其抗拉强度、抗弯强度、刚度， ，以及耐攻击强度等。。。本文将对玻璃纤维的分类和类型， ，以及怎样用好玻璃纤维， ，种种成型工艺应使用什么类型的玻纤增强质料， ，作一简朴的概述。。。 
一、玻璃纤维增强质料的分类 
１、玻璃纤维按组分分类 
玻璃纤维可按组分及其性能， ，举行分类。。。在许多可用的玻璃纤维增强质料类型中心， ，含钙－铝－硼－硅为主因素的Ｅ玻璃纤维， ，是先被接纳， ，并且用量多的一种增强质料。。。它具有较好的电气性能和机械性能， ，价钱也较量自制。。。 
Ｅ－ＣＲ玻璃纤维是Ｅ玻纤的改性纤维， ，其组分内不含有硼元素， ，具有较强的耐酸性能， ，大多用于耐酸贮罐和管道类产品。。。 
Ｓ玻璃纤维（或称Ｒ玻璃纤维）， ，可大大提高复合质料的强度和刚度， ，适用于宇航业和军事工业等方面的应用领域， ，以知足其高手艺性能的要求。。。另外， ，在运输业、运动器械、娱乐用具等方面， ，也有普遍的应用。。。 
Ｄ玻璃纤维， ，其介电性能较为优越， ，在电子工业应用上， ，已占有绝对的优势。。。 
玻璃纤维增强质料， ，也可按一连的或不一连的形式， ，举行分类。。。 
２、一连型玻纤增强质料 
一连型增强质料， ，有单向无捻粗纱， ，双向无捻粗纱布， ，玻纤布， ，单向至四向无纺织无捻粗纱， ，无定向一连纤维毡等。。。其他尚有：玻纤布与非织物毡， ，一连纤维毡与短切原丝毡， ，以及种种多层工程专用一连型增强质料等复合型增强质料。。。别的， ，尚有编缝的或织缝的三向预成型纤维增强质料等。。。 
无捻粗纱的生产制造要领有两种， ，一种是经漏板拉出长丝集束组成， ，称为直接法；；；；另一种是把几束纤维不加捻， ，平行组合， ，称为组正当。。。无捻粗纱纤维直径一般在１０～２４μｍ之间， ，常用线度重量通常体现为６００、１２００、２４００和４８００旦。。。无捻粗纱的特征是刚性好， ，纤维张力匀称， ，平滑并容易切断。。。无捻粗纱性能的施展， ，还与所使用的工艺条件有关， ，例如纺织， ，一连预浸渍， ，短切等。。。无捻粗纱， ，近开发出一个新的品种， ，称“加圈无捻粗纱”， ，即在粗纱的笔直偏向上， ，加有环圈。。。它可提高单向复合质料的横向强度， ，尤其适合于拉挤玻璃钢制品使用。。。 
预浸渍无捻粗纱， ，通常是Ｒ玻璃纤维浸渍环氧树脂， ，多用于纤维纠葛工艺， ，制品可获得较高的机械强度。。。 
一连纤维毡， ，是从漏板拉制出纤维后， ，直接匀称漫衍层叠而制成， ，并使用粘结剂举行粘结成毡。。。其使用粘结剂的种类和数目， ，可凭证应用的情形而定。。。一连纤维毡常用于对模成型工艺， ，以及某些定型的批量产品和电子线路板等。。。 
３、非一连纤维增强质料， ，有短切纤维、短切纤维毡、短切纤维预成型质料、一连纤维毡和磨碎纤维等。。。其中短切纤维， ，一般是将原丝切割成３～１２毫米长， ，而制成。。。它具有集束性、流动性和密实性等项特点， ，用途较为普遍。。。 
短切纤维毡， ，一般接纳５０毫米长的玻璃纤维加粘结剂制成。。。粘结剂可溶于苯乙烯， ，其用量约为３～１０%， ，也可凭证玻璃钢制制品的详细要求， ，以及制毡工艺而定。。。短切纤维毡较适合于接触成型工艺的外貌面层使用。。。 
磨碎纤维， ，是将纤维经由磨碎机处理， ，使玻纤长度在０.１～０.２毫米之间而制得。。。磨碎纤维的直径， ，一般为１０～１７μｍ， ，可用于热塑玻璃钢和快速反映注射模塑的聚氨酯成型工艺。。。该类增强质料由于线度很短， ，因而可以比其他增强质料， ，在提高刚度、尺寸稳固性和耐攻击强度等方面， ，有一定的优异效果。。。 
二、准确使用玻纤增强质料 
现在， ，作为玻璃钢主要组成因素的玻纤增强质料， ，品种已有许多。。。怎样准确使用玻纤增强质料， ，这是玻璃钢生产企业所必需引起注重的一个主要方面。。。现就外洋的一些乐成履历， ，总结归纳如下： 
单向强度玻璃钢制品　通常接纳一连无捻粗纱和单向无纺无捻粗纱等， ，作为单向强度要求的玻璃钢的增强质料。。。所接纳的成型工艺要领， ，有手糊、拉挤、纤维纠葛、模压、高压压制成型等工艺要领。。。 
双向强度玻璃钢制品　通常接纳玻纤无捻粗纱布（方格布）、玻纤布、双向无纺无捻粗纱等， ，作为双向强度要求的玻璃钢制品的增强质料。。。所接纳的成型工艺要领， ，有手糊、纤维纠葛、拉挤、层压等工艺要领。。。 
多向强度玻璃钢制品　通常接纳短切原丝、增强毡、多向无纺无捻粗纱、预成型质料、磨碎纤维等作为多向强度要求的玻璃钢制品的增强质料。。。所接纳的成型工艺要领， ，有手糊、喷射、模压、注射、树脂转达模塑、层压、反映注射模塑、铸塑等工艺要领。。。 
三、成型工艺要领对增强质料的选用 
低压闭模成型工艺　这类成型工艺主要包括树脂转达模塑（ＲＴＭ）、增强反映注射模塑（ＲＲＩＭ）、结构反映注射模塑（ＳＲＩＭ）等工艺要领， ，所用增强质料的类型， ，有玻纤毡、预成型质料、组合增强质料等。。。 
ＲＲＩＭ成型工艺中接纳的磨碎纤维， ，是在注射入模前， ，就与树脂举行预混淆后使用的。。。而预成型质料， ，大多接纳在定向纤维组成的筛网上， ，喷射短切纤维和粘结剂， ，或者使用加热的要领成型毡片， ，或者使用组合的方式， ，制成预成型质料。。。 
高压闭模成型工艺　这类工艺要领主要包括对模注射成型、高压模压成型等工艺要领， ，所用的增强质料， ，经常与树脂预先混淆， ，此后再加压成型， ，其生产本钱较为低廉。。。 
ＢＭＣ就是一个典范的例子， ，将热固性树脂与短切原丝预先混淆成料团， ，此后压制成型玻璃钢制品若短切原丝与热塑性树脂混淆， ，可制成颗粒状料， ，喂入拉挤机， ，制成热塑玻璃钢制品。。。若接纳长纤维预浸料， ，可对预浸渍一连无捻粗纱， ，举行拉挤成型， ，以制成热塑拉挤玻璃钢制品。。。 
ＳＭＣ和ＧＭＴ　这两类成型工艺， ，是接纳对混向短切无捻粗纱和一连原丝， ，举行一连浸渍工序， ，此后压制成型。。。某些情形下， ，是将一连无捻粗纱， ，接纳机械方式定向， ，以使制品抵达更高的机械强度和模量。。。 
预浸渍带　这是接纳对一连无捻粗纱或双向织物， ，举行预浸渍树脂而制成。。。关于热固性树脂， ，通过加热预浸料， ，使之抵达Ｂ阶状态。。。而关于热塑性树脂， ，可通过冷却至室温， ，而抵达Ｂ阶状态。。。不管热固预浸料， ，照旧热塑预浸料， ，均可在放入压机后， ，经由加热加压， ，制成玻璃钢制品。。。 
四、玻璃纤维的特殊性能 
由于玻璃纤维的增强作用， ，从而使玻璃钢质料， ，具有基体树脂所无法相比的优异性能， ，例如质料的整体性， ，可降低质料的重量、高机械性能、耐攻击性能、耐侵蚀性能、优异的介电性能和尺寸稳固性能以及质料的耐久性等等， ，并使玻璃钢质料在各个领域， ，获得了普遍的应用。。。 
应该看到， ，在充分使用玻璃纤维特征的同时， ，它自己还具有一些主要特征， ，尚没有被人们所完全熟悉。。。 
其一， ，是玻璃纤维具有一定的弹性性能。。。玻璃纤维在拉力的作用下可以被伸长， ，直至断裂， ，但没有屈服点。。。若是在抵达断裂点以前， ，扫除所加的拉力， ，玻璃纤维就会恢复到原来的长度。。。 
其二， ，玻璃纤维没有磁滞征象。。。这是玻璃纤维与金属纤维和有机纤维完全差别之处。。。玻璃纤维， ，由于它自己的强度较高， ，因而它能够贮存或释放较大的能量， ，并且不会损失这些能量。。。 
其三， ，玻璃纤维具有抗动态疲劳特征， ，因此若在玻纤外貌加上一定的防磨损保�；；；�， ，则可使其玻璃钢制品， ，成为汽车和卡车的弹簧件， ，以及家用用具等的理想质料。。。 
可是， ，由于玻璃纤维没有屈服点， ，因而在承载能力逐步削弱的同时， ，会突然爆发断裂征象。。。例如， ，常用的Ｅ玻纤单向增强的复合质料， ，在一个定量载荷下， ，经由一定的时间常�；；；岜⒂αΧ狭颜飨�。。。经由测试， ，其抗拉强度将随时间的延续而衰减， ，初始时衰减很快， ，将损失１/３的初始值。。。但厥后， ，将在５０年内才衰减到原始值的１/２。。。
纤维增强的和颗粒增强的复合质料有什么区别
以碳化物、氮化物、石墨等颗粒增强金属或合金基体的金属基复合质料统称.
一种较容易批量制造、加工、成形和本钱较低的金属基复合质料.也是研究生长较成熟的复合质料.
这类复合质料的组陋习模宽阔,可凭证事情的工况要求选择基体金属和增强颗粒,常选用的颗粒有碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化钨、氧化铝、氮化硅、硼化钛、氮化硼及石墨等,颗粒的尺寸一般在3.5～10μm,也有选用


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