碳纤维（CFRP），玻璃纤维（GFRP）,芳纶纤维（AFRP）增强复合材料的类型及应用

gj5202014gs

纤维复合材料（FRP）主要有三种：碳纤维增强聚合物（Carbon　Fiber　Reinforced　Polymer，简称CFRP）、玻璃纤维增强聚合物（Glass　Fiber　Reinforced　Polymer，简称GFRP）和芳纶纤维增强聚合物（Aramid　Fiber　Reinforced　Polymer，简称AFRP）。建筑工程中使用的FRP材料中，纤维体积含量一般为60%～65%。


碳纤维（Carbon　Fiber）是纤维状的炭材料，具有高强度和高弹性模量的特点。根据其原料及生产方式不同，主要分为聚丙烯腈基碳纤维及沥青基碳纤维。前者是把聚丙烯腈纤维在惰性气体中高温加热所获得的纤维，是高强度型碳纤维。后者是把煤焦油或石油沥青抽丝后经高温烧结而成的纤维，是一种高弹性模量型的碳纤维。　碳纤维聚合物（CFRP）是以碳纤维为组分，以树脂为基体，通过一定的成型方法形成的单向排列的碳纤维的复合片材。它具有高强轻质、抗腐蚀、耐老化、物理性能稳定等极其优越的品质。高强度碳纤维聚合物的抗拉强度可达到3400MPa，比钢材高7～10倍，弹性模量有2.3×105MPa至3.9×105MPa等几种，而常用的碳纤维聚合物片材每平米只有几百克的重量。同时，根据自然和加速暴露试验表明，碳纤维聚合物的抗拉强度以及与混凝土的粘结强度在相当于50年的时间内不发生改变，具有足够的耐候性，而且碳纤维聚合物的疲劳性能优于钢和混凝土材料。
( h% a  B7 [6 Q3 C2 _- F$ M8 [* l
$ ^* p- W6 c$ x% O- q; W

( q4 [% V& y1 K9 [玻璃纤维聚合物（GFRP），强度为590～1130MPa，密度为1.5～2.0g/cm3，耐腐蚀性好，用它加固补强，可全面提高被加固构件的各项力学性能指标并改善构件的受力性能。同时，玻璃纤维聚合物与混凝土的线膨胀系数接近，与混凝土结构的协同工作性能良好，且施工简便快捷，是一种极具优势的补强加固材料。　玻璃纤维主要有E玻璃纤维（电绝缘性）、C玻璃纤维（耐化学腐蚀性）、S或S玻璃纤维（高强度）、M玻璃纤维（高弹性模量）和AR玻璃纤维（耐碱玻璃）等。其中E玻璃纤维及其制品在混凝土结构补强加固中使用最多。配套树脂主要有不饱和聚酯树脂（UP）、环氧树脂、酚醛树脂、热固性树脂（呋喃类树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚丁二烯树脂、有机硅脂等）、聚氨酯树脂以及其他热塑性树脂（聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、ABS树脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰亚胺、聚砜、聚砜醚、聚芳醚酮、聚苯硫醚等等）。其中，环氧树脂在混凝土结构补强加固中最为常用。　
+ X8 D" @, ]& c: G) m
4 Z: ], z5 p: f6 u

芳纶（Aramid　Fiber）是芳香聚酰胺纤维的简称。芳纶纤维增强复合材料（AFRP）是20世纪70年代发展起来的高性能结构材料。芳纶纤维除具有高强度、高弹性模量性能外，还有较高的耐热性能。因为芳纶纤维是刚性大分子链，活动性能较差，即使在高温下也能保持较高的强度。常用的芳纶纤维为芳纶1414，其原丝的抗拉强度为2.67～2.9GPa，弹性模量为38.9～50GPa。如生产高弹性模量的芳纶纤维，必须进行热拉伸，此时纤维的强度会略有下降，但弹性模量可增加到88.9GPa，甚至高达133　GPa以上.
" w. ~9 m. N* O. p$ o( |' N