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Shang Hai / 2023.2  引言   碳纤维是一种由石墨组成、含碳量高于90%的纤维材料,是以聚丙烯晴纤维、粘胶纤维、沥青纤维等有机纤维原丝经过预氧化、碳化和石墨化、上浆、热处理等反应工艺过程制备而成。碳纤维在碳化过程中,沿轴向进行预拉伸处理，因此石墨微晶具有择优取向，赋予碳纤维高强度、高模量的特点。此外,碳纤维还具有密度小、耐超高温、耐腐蚀、防原子辐射、导热、导电等优良特性,使得碳纤维成为复合材料中重要的增强纤维。碳纤维复合材料以树脂、金属或陶瓷等为基体、碳纤维为增强体组合形成,通过基体种类、碳纤维含量和分布的优化设计,可制备综合性能优异的构件用于飞机、火箭、卫星等航空航天飞行器 随着近年来碳纤维制备技术的突破及生产成本的降低,碳纤维复合材料逐渐成为国内外建筑功能材料行业的研究热点。相比于建材领域中传统材料(钢铁、混凝土等),碳纤维复合材料在防腐性、质量、机械性能等方面具有特殊的优势。目前,碳纤维复合材料在建材行业中主要应用包括碳纤维增强混凝土、碳纤维增强树脂复合材料棒材、板材、绳索等)以及功能复合材料等。  2. CFRP适用于建材的主要特点
3. 碳纤维复合材料(CFRP)在建材领域的应用 3.1 CFRP板条 CFRP材料因其具有高强、轻质、耐腐蚀等优点而被广泛应用于钢筋混凝土结构加固领域。传统的外贴CFRP加固技术由于其工艺简单、方便，广受工程界欢迎。但CFRP难以充分发挥其高强材料的性能，并且CFRP混凝土截面容易剥离。为了充分发挥CFRP的高强性能，对其预先施加预应力，这样预应力外贴CFRP技术就得到了开发和利用。 另一方面，为了解决CFRP与混凝土截面容易剥离的问题，并更好保护CFRP， 表面嵌贴CFRP技术得到了开发和利用。这项技术将CFRP筋或半条嵌入预制的混凝土槽中，并填入环氧树脂胶来粘结CFRP与混凝土，通过扩大CFRP混凝土之间的粘结面积来增强两者间的粘结能力。
 3.2 CFRP棒材 碳纤维棒材采用多股连续碳纤维和热固性树脂胶合后,通过模具积压拉拔快速固化成型制得。相比于元钢,碳纤维复合棒材和水泥具有更高的粘结强度,因此在近海建筑物、化工厂、高速公路护栏、房屋地基和桥梁中得到广泛应用。同时由于碳纤维具有高强度和高刚性,采用碳纤维复合棒材制备所得构建的挠度远高于钢筋混凝土材料。 碳纤维还具有导电性,均匀地分散到水泥基材料中可显著改变其导电性能，降低电阻，持续通电时呈现良好的电热效应，可用于道路工程除冰。 3.3 CFRP布/片材 CFRP包裹用于修复砌体柱。CFRP包裹物用于钢筋混凝土柱的腐蚀控制和修复。它们也用于抗震结构的建造。 CFRP布和片材现今已经广泛的应用与混凝土结构的加加固中，CFRP材料的高耐腐蚀性、高比强度（强度与重量之比）是该技术得以发展的俩个重要原因。一项关于CFRP加固混凝土结构的重要应用是利用外包CFRP片材加固混凝土柱，CFRP片材可以有效的约束混凝土柱的侧向变形从而达到提高其承载力和延性的作用，如图1所示，其作用机理与箍筋有类似之处。
图5 CFRP布包裹在柱子外层起到加固作用 CFRP具有优异的物理和机械性能。抗拉强度比普通钢强很多倍，弹性模量也从不比钢差。所以建筑商喜欢用它来加固和修复混凝土。碳纤维增强聚合物复合材料的优点尤其突出。增强了结构强度，使结构不易开裂，韧性更强。
4. 结束语 碳纤维复合材料作为一种高性能、多功能的先进复合材料,可以用作结构建筑材料和功能性建筑材料。随着生产及工艺技术的突破，碳纤维复合材料成本降低，建筑领域将对碳纤维复合材料有着巨大需求。尽管碳纤维复合材料具备承重大、质量轻、强度高等特性，同时兼具良好的力学性能和物理性能,能够满足建筑结构的需求，同时符合生态文明建设的发展趋势。
方鲲1，2 刘康1，2 张戬1，2 秦少文2 胡国华3 董卫国4 1.北京热塑性复合材料工程技术研究所 2.北京纳盛通新材料科技有限责任公司 3.法国洛林大学 4. 天津工业大学 一 END 一 编辑：FAN | 审核：HOHO |
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来自： herahera > 《碳纤维复材及其连接技术》
