碳纤维复合材料课件.ppt

1、碳纤维复合材料碳纤维复合材料碳纤维复合材料碳纤维复合材料v一、概况一、概况v二、结构二、结构性能性能v三、特点及优势三、特点及优势v四、应用四、应用v五、发展前景五、发展前景一、概况一、概况 在复合材料大家族中，在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我出一派勃

2、勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。纤维复合材料。 二、结构二、结构性能性能1、结构、结构v碳纤维主要是由碳碳纤维主要是由碳元素组成的一种特元素组成的一种特种纤维，其含碳量种纤维，其含碳量随种类不同而异，随种类不同而异，一般在一般在90%以上以上。 v碳纤维是由含碳量碳纤维是由含碳量较高，在热处理过较高，在热处理过程中不熔融的人造程中不熔融的人造化学纤维，经热稳化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化定氧化处理、碳化处理及石墨化等工处理及石墨化等工艺制成的。艺制成的。 v碳纤维是一种碳纤维是一种力学性能优异力学性能优异的新材料，它的新材料，它的比重不到钢的比重

3、不到钢的的1/4，碳纤维，碳纤维树脂复合材料树脂复合材料抗拉强度一般抗拉强度一般都在都在3500Mpa以上，是钢的以上，是钢的79倍，抗拉倍，抗拉弹性模量为弹性模量为2300043000Mpa亦高于钢亦高于钢。 2、性能、性能v化学性能化学性能 碳纤维具有稳定价态，碳纤维具有稳定价态，具有稳定的化学性质！具有稳定的化学性质！ 耐强酸、耐强碱等优耐强酸、耐强碱等优异性能！异性能！v物理性能物理性能 耐高温、耐摩擦、导耐高温、耐摩擦、导电、导热电、导热 比重不到钢的比重不到钢的1/4 抗拉强度一般是钢的抗拉强度一般是钢的79倍倍 三、特点及优势三、特点及优势1、特点、特点v1.抗拉强度高，是同等截

4、面刚才的抗拉强度高，是同等截面刚才的7-10倍。倍。v2.重量轻，密度只有普通钢材的四分之一。重量轻，密度只有普通钢材的四分之一。v3.耐久性好，可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变耐久性好，可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏。化的破坏。v4.施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。v5.适用范围广，混凝土构件、钢结构、木结构均可适用范围广，混凝土构件、钢结构、木结构均可进行加固。进行加固。v6.可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。性能。2、优势、优势v 1、高强度（是钢铁的、高强度（是钢铁的5

5、倍）倍）v 2、出色的耐热性、出色的耐热性(可以耐受可以耐受2000以上以上 的高温的高温)v 3、出色的抗热冲击性、出色的抗热冲击性v 4、低热膨胀系数、低热膨胀系数(变形量小变形量小)v 5、热容量小（节能）、热容量小（节能）v 6、比重小（钢的、比重小（钢的1/5）v 7、优秀的抗腐蚀与辐射性能、优秀的抗腐蚀与辐射性能 四、应用四、应用v碳纤维加固碳纤维加固v碳纤维布碳纤维布v碳纤维棒碳纤维棒v碳纤维管碳纤维管碳纤维加固碳纤维用途使用工艺原理碳纤维适用范围碳纤维特点碳纤维加固用途碳纤维加固用途v混凝土结构物、桥梁及建筑物的梁、柱、面混凝土结构物、桥梁及建筑物的梁、柱、面板加固。板加固。v

6、隧道、港湾设施、烟囱、仓库、厂房的加固。隧道、港湾设施、烟囱、仓库、厂房的加固。v受盐害的混凝土、桥梁以及河川构造物的防受盐害的混凝土、桥梁以及河川构造物的防护和加固护和加固碳纤维使用工艺原理碳纤维使用工艺原理 将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料（单向连续纤维）；用浸成为复合增强材料（单向连续纤维）；用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的

7、抗裂或抗剪能力，提高结同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。 碳纤维适用范围碳纤维适用范围 碳纤维加固法可用碳纤维加固法可用于混凝土结构抗弯、抗剪于混凝土结构抗弯、抗剪加固，同时广泛用于各类加固，同时广泛用于各类工业与民用建筑物、构造工业与民用建筑物、构造物的防震、防裂、防腐的物的防震、防裂、防腐的补强。补强。 （1）宇航：机身、方向）宇航：机身、方向舵、舵、火箭的发动机壳、导弹散火箭的发动机壳、导弹散流器、太阳能电池板等流器、太阳能电池板等 （2）体育器材：汽车部）体育器材：汽车部件、摩托车零件、钓鱼杆、件、摩托车零件、钓鱼杆、

8、棒球棍、滑雪橇、快艇、羽棒球棍、滑雪橇、快艇、羽毛球拍等毛球拍等 （3）工业：发动机部）工业：发动机部件、混凝土结构物补强材料、件、混凝土结构物补强材料、风机叶片、传动轴、以及电风机叶片、传动轴、以及电器零部件等器零部件等 体育娱乐器材用碳纤维布工业用碳纤维布航天航空国防用碳纤维布碳纤维布 碳纤维管碳纤维管 又称碳素纤维管，也称碳管，碳纤管，是采用碳纤维又称碳素纤维管，也称碳管，碳纤管，是采用碳纤维复合材料预浸入苯乙稀基聚脂树脂经加热固化拉挤（缠挠）复合材料预浸入苯乙稀基聚脂树脂经加热固化拉挤（缠挠）而成。而成。 碳纤维管钓竿管道Vision 04 a.碳纤维制造的钓竿具有质轻、坚实、抗拉强度

9、高的特点，碳纤维制造的钓竿具有质轻、坚实、抗拉强度高的特点，但在使用时应特别注意防电。但在使用时应特别注意防电。 b.碳纤维制造的管道具有强度高，寿命长、耐腐蚀，质量碳纤维制造的管道具有强度高，寿命长、耐腐蚀，质量轻、低密度等优点；尺寸稳定、导电、导热、热膨胀系数小、轻、低密度等优点；尺寸稳定、导电、导热、热膨胀系数小、自润滑和吸能抗震等一系列优异性能；并具有高比模、耐疲劳、自润滑和吸能抗震等一系列优异性能；并具有高比模、耐疲劳、抗蠕变、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等。抗蠕变、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等。 碳纤维棒碳纤维棒 是采用高科技复合材料碳纤维原丝经浸乙烯基树脂高温固是采用高科技复合材料碳纤维原

10、丝经浸乙烯基树脂高温固化拉挤（或缠绕）制成的化拉挤（或缠绕）制成的。 v特点特点 1、重量轻，强度高、重量轻，强度高 2、耐腐蚀，抗老化，使用寿命长、耐腐蚀，抗老化，使用寿命长 3、安全性好、安全性好 ，抗冲击高，可设计，抗冲击高，可设计性强，是现代工农业产品不可缺少性强，是现代工农业产品不可缺少的新型替代材料之一。的新型替代材料之一。 休闲产品中，最早应用休闲产品中，最早应用PAN碳纤维碳纤维的是钓鱼竿。碳纤维还广泛应用于的是钓鱼竿。碳纤维还广泛应用于滑雪板、雪船、滑雪杆、棒球棒、滑雪板、雪船、滑雪杆、棒球棒、公路赛以及船舶类体育用品公路赛以及船舶类体育用品。 碳纤维的发展前景碳纤维的发展前

11、景 碳纤维复合材料是随着军工事业发展起来的一种新型材料，属于高碳纤维复合材料是随着军工事业发展起来的一种新型材料，属于高新技术产品。新技术产品。碳纤维复合材料具有一系列优异性能：高比强度、高比模量、耐高碳纤维复合材料具有一系列优异性能：高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电系数小、传热系数小、热膨胀系数温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电系数小、传热系数小、热膨胀系数小等。碳纤维复合材料既可作为一种结构材料承载负荷，又可作为一种小等。碳纤维复合材料既可作为一种结构材料承载负荷，又可作为一种功能材料发挥作用。功能材料发挥作用。碳纤维复合材料发展十分快，在多个应用领域得到广泛使用。碳

12、纤维复合材料发展十分快，在多个应用领域得到广泛使用。 纤维纤维增强塑料包括碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维等，这些复合材料一般具有增强塑料包括碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维等，这些复合材料一般具有耐腐蚀、耐紫外线、轻质、高强和非磁性等优异特性，耐腐蚀、耐紫外线、轻质、高强和非磁性等优异特性，80年代初，作为年代初，作为工程材料在其物理力学性能有了突破性的改善和提高。碳纤维材料由于工程材料在其物理力学性能有了突破性的改善和提高。碳纤维材料由于性能优于其他复合材料而脱颖而出。最初，碳纤维复合材料应用仅局限性能优于其他复合材料而脱颖而出。最初，碳纤维复合材料应用仅局限于航天、军事和船舶工程应领域，后来应用范围

13、逐步扩大到土木工程，于航天、军事和船舶工程应领域，后来应用范围逐步扩大到土木工程，自自80 年代末至年代末至90 年代初，加固修复混凝土结构属于欧美和日本等发达年代初，加固修复混凝土结构属于欧美和日本等发达国家兴起的一项新技术，目前这项技术已成为土木工程领域研究的热点国家兴起的一项新技术，目前这项技术已成为土木工程领域研究的热点。碳纤维的发展前景碳纤维的发展前景 目前，碳纤维复合材料在建筑业中五大主要应用领域包括：碳纤维目前，碳纤维复合材料在建筑业中五大主要应用领域包括：碳纤维增强混凝土、碳纤维复合材料棒材、碳纤维增强胶接层板、碳纤维复合增强混凝土、碳纤维复合材料棒材、碳纤维增强胶接层板、碳纤

14、维复合材料片、其它应用。碳纤维复合材料在土木建筑业中的应用还是一项相材料片、其它应用。碳纤维复合材料在土木建筑业中的应用还是一项相对较新的技术。以前因碳纤维复合材料成本较高、产量少，其应用领域对较新的技术。以前因碳纤维复合材料成本较高、产量少，其应用领域主要限于航空航天，在其它应用领域应用则存在一定难度。主要限于航空航天，在其它应用领域应用则存在一定难度。近年来，碳纤维复合材料的应用愈来愈广泛，随着碳纤维复合材料近年来，碳纤维复合材料的应用愈来愈广泛，随着碳纤维复合材料产量的增加成本有所降低。与建筑领域中传统材料相比，碳纤维复合材产量的增加成本有所降低。与建筑领域中传统材料相比，碳纤维复合材料价格相对较高，但综合起来看，考虑到施工成本、使用成本、维护成料价格相对较高，但综合起来看，考虑到施工成本、使用成本、维护成本时，碳纤维复合材料价格与传统建材价格比较接近了。在防腐性、重本时，碳纤维复合材料价格与传统建材价格比较接近了。在防腐性、重量、机械性能等方面，碳纤维复合材料更具优势，未来，碳纤维复合材量、机械性能等方面，碳纤维复合材料更具优势，未来，碳纤维复合材料在建筑业市场前景比较广阔。料在建筑业市场前景比较广阔。