在认识碳纤维增强塑料复合材料制品时,很多人看到具有碳纤维纹路的制品感觉就是酷,具有时尚科技感。今天我们就来探讨不同碳纤维纹路来做碳纤维复合材料制品有什么不一样。
碳纤维在复合材料中起到承载载荷的作用,外界作用于CFRP复合材料上的力都会经塑料传递给碳纤维,所以对CFRP复合材料的破坏首先要破坏碳纤维。
那么对碳纤维的破坏基本可分两种,一种是平行于碳纤维方向的拉伸力,这个力会将碳纤维拉断,所以要求碳纤维具备较高的拉伸强度;另一种是剪切力,这个力垂直于碳纤维方向,要求碳纤维具备较高的抗剪切强度。可惜在所有碳纤维供应商产品性能参数一栏里都没有出现碳纤维剪切强度的表述。这是因为首先碳纤维剪切强度很小,另一方面碳纤维本身属于一维材料,在直径尺度很小,对碳纤维制品的任何剪切力都可以分解成不同方向碳纤维的拉伸力。
有了这个概念,那么进行复合材料制品设计过程中,尽可能了解制品的受力情况,然后对制品的纤维排布方向进行针对性的优化,尽可能的使作用于碳纤维复合材料外力分解成不同方向上碳纤维的拉伸力,因为拉伸强度高是碳纤维的优势,以己之长攻彼之短嘛。二维的编织布是制造碳纤维复合材料制品和预浸料的原料,也是进行纤维排布方向优化的基础。那么对不同碳纤维布编制方向的了解将会有助于碳纤维复合材料制品的设计。
平纹编织的特点是经纱和纬纱以一上一下的规律交织。也就是经纬纱每隔一根纱就交错一次(如图1、2),所以交织点多,使织物坚牢、耐磨、硬挺、平整,但弹性较小,光泽一般,平纹织物密度不可能太高,较为轻薄,耐磨性较好,透气性较好,布面均匀且正反面相同。这种碳纤维布的纤维束由于一直处于上下起伏的状态,纤维弯曲点比较多,在受拉伸过程中伸长率较高。同时由于相邻两根经纱和相邻两根纬纱交织点位置由于纤维束的滑动出现眼孔。平纹编织的变种形式也很多,比如12K经纱与1K纬纱混合编织。由于经线和纬线方向上纤维束的反射光不同,因此平纹编织纤维布可观察到格子状的外观,类似于国际象棋的棋盘。
斜纹编织纤维布具有与纤维束排布方向有一定夹角的斜向纹路(如图3、4),这个纹路方向上并不存在纤维束,而是由于纤维束经纬向编织过程,经向或纬向纤维束跳过两束纬向或经向纤维进行编织。也就是纤维束一上一下的编织频率减小,纤维束浮长增大,同时相邻两个纤维束错开一个编织位。这样就造成了斜纹编织布的斜向纹路特点。这种斜纹外观具有很强的立体感,用来做汽车改装制品,比如面板、引擎盖、排气筒等。
缎纹编织具备单独的、互不连续的经交织点(或纬交织点)在组织循环中有规律的均匀分布如图(5、6),这样的编织形式称为缎纹。它的特点是经线(或纬线)浮线较长,交织点较少,它们虽形成斜线,但不是连续的,相互间隔距离有规律而均匀,此纤维布结构形式称为缎纹组织。缎纹纤维布经纱和纬纱至少隔三根才交织一次,因此这种编织结构使织物密度更高,因而纤维布更加厚实。这种缎纹纤维布表面平滑匀整,质地柔软,富有光泽或稍呈纹路。这类纤维布强度低于平纹和斜纹。
这三种编织形态由于碳纤维束受到弯曲和其他纤维束的影响造成碳纤维布的强度有差异,而且表征碳纤维编织布强度会有拉伸力、撕扯力、**破力、弯曲力等,这些也是随着编织方式的不同各有差异。总体来说在碳纤维束排布方向上的拉伸强度与纤维强度和纤维摩擦力相关。而与纤维束不同的方向上的拉伸力则与纤维的编织形态关系较大了,一方面这一拉伸力可分为纤维平行方向和垂直方向上的力,平行方向的力要求纤维强度高,垂直方向上的力则与编织形态对纤维束的阻力有关了。
东华大学纺织学院在研究编织结构对织物强度的影响则有平纹>斜纹>缎纹。而在撕扯强度方面则有缎纹>斜纹>平纹。不过单独研究编制结构对复合材料的影响有一些片面,需要综合基体材料及制品受力情况来考量。
本文说论述碳纤维布的概念属于狭义范畴,碳纤维布有编织类的,就像我们今天将的平纹、斜纹、缎纹编织;类的,像薄毡和无纺布;还有一种无纬布,就是整个纤维布的纤维排布在一个方向上,这在预浸料中很常见,靠网胎和树脂保持布状形态。碳纤维布是我们设计复合材料的基础,根据受力情况优化某一方向上纤维束的排布方向是关键,可设计性是复合材料得以存在的优势,国内复合材料制品企业在这一方面的研究应该更深。
碳纤维布加固之大偏心受压构件
在钢筋混凝土建筑及桥梁中,偏疼受压构件的使用较多,如梁桥中的墩身、柱根底等。这类结构(构件)的一个一起特点是正截面上效果着轴心压力和弯矩。
偏疼受压构件由于使用较多,在钢筋混凝土中也是容易被损坏的构件,一般情况下,偏疼受压构件的损坏特征如下:
当相对偏疼距较大,且受拉钢筋配筋率较小时,偏疼受压构件的损坏是由于受拉钢筋首先到达屈从强度而导致受压混凝土压碎,这一损坏称为大偏疼受压损坏。其接近损坏时有显着的征兆,横向裂缝展开显著,构件的承载力取决于受拉钢筋的强度和数量。
当相对偏疼距较小,或虽然相对偏疼距较大,但构件配置的受拉钢筋较多时,就有可能首先使受压区混凝土先被压碎。在通常情况下,接近轴力效果一侧的混凝土先被压坏,受压钢筋的应力也能到达抗压规划强度;而离轴向力较远一侧的钢筋仍可能受拉但并未到达屈从,但也可能仍处于受压状况。临损坏时,受压区高度略有添加,损坏时无显着征兆。这种损坏属于小偏疼受压损坏。
在目前的钢筋混凝土加固办法中,用张贴碳纤维布的办法加固大偏疼受压构件使用广泛。该办法是经过配套碳纤维胶将碳纤维布张贴于构件之上,到达加固补强的效果。选用碳纤维布加固大偏疼受压构件需要注意的是:
当选用碳纤维布加固大偏疼受压的钢筋混凝土柱时,应将碳纤维布张贴于构件受拉区边际混凝土外表,且纤维方向应与柱的纵轴线方向共同。这是由于碳纤维布不能接受压力,只能考虑其抗拉效果,因而标准规定将碳纤维布的受力办法规划成仅接受拉应力效果。
别的,在大偏疼受压构件加固核算中,对碳纤维布之所以不考虑强度利用系数,是由于在实践工程中绝大多数偏疼受压构件均处于受压状况。因而,在承载能力极限状况下,受拉侧的拉应变是从受压侧应变转化过来的,故不存在拉应变滞后的问题,亦即以为碳纤维布的抗拉强度能得到充分发挥。
碳纤维材料的加固优势介绍
现在很多加固工程在选择施工材料时多会选择碳纤维材料,碳纤维材料和其他多种加固材料有着明显的不同,相比较而言,碳纤维材料更具有加固优势,存在经济性高、适用面广、操作步骤简单等多种优势,基本各类加固工程的施工环节都会**选择并使用该类加固材料,碳纤维加固材料具体有哪些加固优势表现呢?接下来的时间,小编就站在专业的角度,来为大家详细解答。
一、施工便利性强,易于掌握施工要点
碳纤维材料主要有两种,其一是碳纤维板,其二是碳纤维布,目前,在加固工程中,两种类型的碳纤维材料都比较常用,在施工环节,使用碳纤维材料易于掌握施工要点,施工操作简单,施工的便利性强,即使是毫无施工经验的新手施工也能保证加固效果。
二、施工可行性高,不受到周边环境的干扰
并不是所有的加固材料适用性均较强的,有些加固材料在某些特定的加固工程并不适用,一旦随意使用,将会直接影响到加固质量,也会对周边环境造成严重的影响。碳纤维材料却不存在这些问题,和其他的加固材料相比,碳纤维材料的优势表现还是十分明显的,施工可行性相对较高,施工结束后也不会对周边环境造成干扰影响,是优质的,且客户较为认可并会时间选择的加固材料。
三、市场价格较低,降低施工材料成本
和钢板等加固材料相比,碳纤维材料的市场销售价格相对较低,使用碳纤维材料加固建筑物,即使需要使用的总量较多,也能有效降低施工成本。
四、实用性较强,加固寿命相对较长
对于客户来说,当加固工作结束之后,他们不仅会关注加固质量,也会重点关注加固寿命,使用钢板以及混凝土等施工材料加固建筑物,加固寿命都是十分有限的,然而,碳纤维材料的使用寿命却高达50年以上,这也是碳纤维材料和众多加固材料相比较后,所存在的一大优势,对于住宅类使用年限较长的建筑物,在加固时,如果施工现场允许,碳纤维材料可以作为的加固材料。
五、操作步骤简单,没有施工难点
对于施工单位来说,虽然他们有着*的施工经验,不过,不同类别的加固材料所存在的施工难点不同,故而,施工单位在加固施工时所需要掌握的施工要点以及需要注意的施工细则方面都是不同的,碳纤维材料施工时操作步骤简单,施工难度较低,易于掌握加固施工的整体步骤,有效保证加固质量。
以上几点就是小编为大家整理的关于碳纤维材料的加固优势所在,其实,碳纤维材料近几年的应用频率较高,对于客户而言,碳纤维材料具有较多的选择优势,也是值得选购的优质加固材料。
在结构加固工程中,可以采用的加固方法有很多,既有传统的加固方法,也有新型的加固方法,而粘钢加固和碳纤维加固就是代表性的2种加固方法。粘钢加固和粘贴碳纤维加固具有相似的加固原理,它们作为加固技术具有较多的优势,而且适用性都很强。那么碳布和粘钢板加固可以互换吗?
碳布与粘钢加固的相似之处,从适用范围上,碳布与粘钢同样可用于受弯构件、大偏心受压构件与受拉构件,例如在梁底粘贴碳布或者钢板,均可提高结构承载力,达到加固补强的目的;从原理上来看,碳布与粘钢都是利用结构胶将碳布或钢板粘贴至混凝土基材上,令加固材料与基材形成整体共同受力;从施工流程看,两种方法都受结构胶影响较大,加固前均需要卸载,未进行卸载或卸载不彻底都会产生二次受力,造成加固材料受力滞后。
碳纤维布与钢板在结构加固中起到的作用,可以等同为增加钢筋混凝土结构中的配筋率。因此在一定程度上,碳纤维布加固与粘钢加固可以相互替换。碳布与粘钢加固既有相似之处,又有不同之处,它们都有各自的优势。
对于粘贴碳纤维布来说,常用的碳纤维布自重仅有200g/㎡和300g㎡两种类型,其设计厚度也是较为轻薄,一层200g/㎡碳纤维布厚度仅为0.111mm,施工速度约为粘钢加固的2~3倍。碳纤维加固灵活多样,不会导致建筑物内其他构件的连锁加固,经济效益高。加固过程中不会改变结构外观,对原结构损伤较小,结构自重增加较小。施工现场湿作业工作量少,施工便捷坚固耐用。
粘钢板加固由于钢板的物理力学性能为各向同性,在进行受力的时候能够均匀受力,但是其施工时需要的夹具和施工器械,施工工序胶碳纤维布加固较为繁琐复杂。对于采用粘钢加固来说,所粘贴钢板的宽度不宜大于100mm,当采用手工涂胶粘贴钢板,钢板厚度不应大于5mm。采用压力注胶粘贴钢板,其厚度不应大于10mm,且需要按照外粘型钢加固法的焊接节点构造进行设计。对于普通小荷载结构或者构件,经计算其补强所需面积小,粘贴碳纤维布1~2层即可满足要求时,要先考虑采用粘钢板加固加固法来进行处理。
在加固工程中,可以采用的加固方法有很多,而且适用性都很强。对于加固方法的选择,要根据加固工程的实际情况来决定,任何加固方法都有自己的局限性。所以施工单位需要掌握每种加固工法的优势,将每种加固工法的优势充分发挥出来,这样可以更加高效地完成加固工程。