碳纖維（CFRP），玻璃纖維（GFRP）,芳綸纖維（AFRP）增強復合材料的類型及應用

gj5202014gs

纖維復合材料（FRP）主要有三種：碳纖維增強聚合物（Carbon　Fiber　Reinforced　Polymer，簡稱CFRP）、玻璃纖維增強聚合物（Glass　Fiber　Reinforced　Polymer，簡稱GFRP）和芳綸纖維增強聚合物（Aramid　Fiber　Reinforced　Polymer，簡稱AFRP）。建筑工程中使用的FRP材料中，纖維體積含量一般為60%～65%。
5 {/ B" n. g1 M  J

碳纖維（Carbon　Fiber）是纖維狀的炭材料，具有高強度和高彈性模量的特點。根據(jù)其原料及生產(chǎn)方式不同，主要分為聚丙烯腈基碳纖維及瀝青基碳纖維。前者是把聚丙烯腈纖維在惰性氣體中高溫加熱所獲得的纖維，是高強度型碳纖維。后者是把煤焦油或石油瀝青抽絲后經(jīng)高溫燒結而成的纖維，是一種高彈性模量型的碳纖維。　碳纖維聚合物（CFRP）是以碳纖維為組分，以樹脂為基體，通過一定的成型方法形成的單向排列的碳纖維的復合片材。它具有高強輕質(zhì)、抗腐蝕、耐老化、物理性能穩(wěn)定等極其優(yōu)越的品質(zhì)。高強度碳纖維聚合物的抗拉強度可達到3400MPa，比鋼材高7～10倍，彈性模量有2.3×105MPa至3.9×105MPa等幾種，而常用的碳纖維聚合物片材每平米只有幾百克的重量。同時，根據(jù)自然和加速暴露試驗表明，碳纖維聚合物的抗拉強度以及與混凝土的粘結強度在相當于50年的時間內(nèi)不發(fā)生改變，具有足夠的耐候性，而且碳纖維聚合物的疲勞性能優(yōu)于鋼和混凝土材料。

& G& K. z) {$ g, e% A

6 N2 \' ~0 F4 c/ W( v玻璃纖維聚合物（GFRP），強度為590～1130MPa，密度為1.5～2.0g/cm3，耐腐蝕性好，用它加固補強，可全面提高被加固構件的各項力學性能指標并改善構件的受力性能。同時，玻璃纖維聚合物與混凝土的線膨脹系數(shù)接近，與混凝土結構的協(xié)同工作性能良好，且施工簡便快捷，是一種極具優(yōu)勢的補強加固材料。　玻璃纖維主要有E玻璃纖維（電絕緣性）、C玻璃纖維（耐化學腐蝕性）、S或S玻璃纖維（高強度）、M玻璃纖維（高彈性模量）和AR玻璃纖維（耐堿玻璃）等。其中E玻璃纖維及其制品在混凝土結構補強加固中使用最多。配套樹脂主要有不飽和聚酯樹脂（UP）、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、熱固性樹脂（呋喃類樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、聚丁二烯樹脂、有機硅脂等）、聚氨酯樹脂以及其他熱塑性樹脂（聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、ABS樹脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰亞胺、聚砜、聚砜醚、聚芳醚酮、聚苯硫醚等等）。其中，環(huán)氧樹脂在混凝土結構補強加固中最為常用。　
5 }3 J0 _+ k$ @+ l+ N& i, ?


芳綸（Aramid　Fiber）是芳香聚酰胺纖維的簡稱。芳綸纖維增強復合材料（AFRP）是20世紀70年代發(fā)展起來的高性能結構材料。芳綸纖維除具有高強度、高彈性模量性能外，還有較高的耐熱性能。因為芳綸纖維是剛性大分子鏈，活動性能較差，即使在高溫下也能保持較高的強度。常用的芳綸纖維為芳綸1414，其原絲的抗拉強度為2.67～2.9GPa，彈性模量為38.9～50GPa。如生產(chǎn)高彈性模量的芳綸纖維，必須進行熱拉伸，此時纖維的強度會略有下降，但彈性模量可增加到88.9GPa，甚至高達133　GPa以上.
* F1 C% s* c6 G" S( \2 l