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纤维增强复合材料由增强纤维和基体组成。纤维(或晶须)的直径很小，一般在l0μm以下，缺陷较少又小，断裂应变不大于百分之三，是脆性材料，容易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度和模量要低得多，但可经受较大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。 纤维增强复合材料，由纤维的长短可分为短纤维增强复合材料、长纤维复合材料和杂乱短纤维增强复合材料。纤维增强复合材料由于纤维和基体的不同，品种很多，如碳纤维增强环氧、硼纤维增强环氧、Kevlar纤维增强环氧、Kevlar 纤维增强橡胶、玻璃纤维增强塑料、硼纤维增强铝、石墨纤维增强铝、碳纤维增强陶瓷、碳纤维增强碳和玻璃纤维增强水泥等。（1新型纺织材料及应用宗亚宁主编中国纺织出版社） 纤维增强复合材料的性能体现在以下方面： 比强度高比刚度大，成型工艺好，材料性能可以设计，抗疲劳性能好。破损安全性能好。多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小、叠层复合材料的层间剪切强度和层间拉伸强度很低、影响复合材料性能的因素很多，会引起复合材料性能的较大变化、用硼纤维、碳纤维和碳化硅纤维等高性能纤维制成的树脂基复合材料，虽然某些性能很好，但价格昂贵、纤维增强复合材料与传统的金属材料相比，具有较高的强度和模量，较低的密度、纤维增强复合材料还具有独特的高阻尼性能，因而能较好地吸收振动能量，同时减少对相邻结构件的影响。 从本世纪40年代起，复合材料的发展已经历了整整半个世纪。随着技术的提高，应用领域已从航空航天和国防军工扩展到建筑与土木工程、陆上交通运输、船舶和近海工程、化工防腐、电气与电子、体育与娱乐用品、医疗器械与仿生制品以及家庭与办公用品等等各部门。复合材料在建筑上可作为结构材料、装饰材料、功能材料以及用来制造各种卫生洁具和水箱等。 纤维增强复合材料由增强材料和基体材料构成，每部分都有各自的作用，影响复合材料的性能。 作为增强材料的纤维是组成复合材料的主要成分。在纤维增强复合材料中占有相当的体积分数，同时是结构复合材料承受载荷的主要部分。增强纤维的类型、数量和取向对纤维增强复合材料的性能十分重要，它主要影响以下的方面：（1）密度；
２００７年第２９卷第１期中国麻业科学ＰＬＡＮＴＦＩＢＥＲＳＣＩＥＮＣＥＳＩＮＣＨＩＮＡ４５文章编号：１６７３—７６３６（２００７）０１—００４５—０４ 天然纤维非织造物增强复合材料概述 兰红艳，靳向煜 （东华大学非织造材料与工程系，上海．２０００５１） 摘要：本文阐述了天然纤维复合材料的现状及发展趋势，说明了麻纤维在复合材料应用领域有着广阔的发展前景。 关键词：天然纤维；非织造；增强；复合材料 中图分类号：ＴＳｌ０２．２＋２文献标志码：Ｂ １天然纤维增强复合材料简介 材料是国民经济和社会发展的基础和先导，与能源、信息并列为现代高科技的三大支柱。随着世界经济的快速发展和人类生活水平的提高，以及健康意识和消费意识的增强与成熟，人们对材料及其产品的需求日益增长，且越来越认识到环境问题的重要性，环境材料已成为国际高科技新材料研究中的一个新领域。各国在研究具有净化环境、防止污染、替代有害物质、减少废弃物、资源再利用等方面做了大量工作，并取得了重大进展¨１。目前，各个行业都致力于传统材料向环境材料的过渡或转型，绿色工程已经以其不可阻挡之势迅猛发展起来。在环境材料中，天然纤维以其资源丰富、可再生且能自然降解的优势占据了重要地位，并且扮演越来越重要的角色。 复合材料是适应现代科学技术发展而涌现出的具有强大生命力的材料，它由两种或两种以上性质不同的材料，通过各种工艺组合而成。复合材料的各个组成材料在性能上起协同作用，得到单一材料无法比拟的综合性能。它具有刚度大、强度高、质量轻等特点，可根据使用条件进行设计与制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高了工程结构的性能陋】。天然纤维复合材料由天然纤维和基体组成。纤维作为增强体分散在基体中，起最主要的承载作用。目前已经把麻、竹纤维大量用作木材、玻璃纤维的替代品来增强聚合物基体，与合成纤维相比，天然纤维具有价廉质轻、比强度和比模量高等优良特性，最为关键的是天然纤维属可再生资源，可自然降解，不会对环境构成负担。以天然纤维为增强体的复合材料同样具有优良的性能，随着技术的提高，应用领域已从航空航天和国防军工扩展到建筑与土木工程、陆上交通运输、船舶和近海工程、化工防腐、电气与电子、体育与娱乐用品、医疗器械与仿生制品以及家庭办公用品等各个部ｆ－ｊｂ】。 在众多的天然纤维中麻类纤维的强度最好，而且麻类植物易种植，收获期短，产量高。尤其在石油资源日益短缺、木材资源日益受到保护的２１世纪，麻类纤维的优良特性正好满足人们追求自然、绿色、环保的要求。麻纤维与玻璃纤维、碳纤维相比具有以下特点：①单纤维粗细不均匀，支数和纤维根数在长度方向上不确定；②纤维有很多支叉；③纤维是亲水性的，自然状态下吸收大量水分。用天然植物纤维作为复合材料的增强体，首先需要解决的是亲水性强的纤维与亲油性强的基体之间的匹配问题；其次是天然纤维如何在基体中均匀分散的问题。近几年来，把天然纤维作为复合材料增强体使用的研究主要集中在以下几个方面；①纤维的表面处理机理和处理工艺的研究；②与天然纤维匹配的基体树脂的研究；③天然纤维增强体的制备方法和工艺研究；④天然纤维复合材料成型工艺的研究。其中，麻纤维的表面改性和增强体的制备是其中较为基础的两个环节Ｈ】。 麻纤维非织造布结构中，纤维束缠结，而且彼此之间存在较大的摩擦力．通过针刺工艺可以 收稿日期：２００６—０９—２０ 作者简介：兰红艳（１９７７一）．女。在读硕士研究生。
2、FRP复合材料在结构加固工程中应用领域 2.1民用建筑、桥梁及工业厂房 FRP复合材料因其优异的力学性能，在民用建筑及工业厂房的加固中应用很多，主要有：①梁加固。加固的作用包括抗弯和抗剪。在进行抗弯加固时，FRP复合材料的纤维方向与梁的轴向一致，一般贴在梁的受拉侧，已提高梁的承载能力。据有关试验得出，只要该梁不是超筋梁，贴一层AK-60可以提高承载力30%左右，贴两层可以提高40%左右；在进行抗剪加固时，FRP复合材料的纤维方向与梁的轴向垂直； ②板加固。一般对于板的加固净空要求比较高，而且加固后不影响其外观，所以用厚度很薄且柔软的FRP复合材料进行加固是一种理想的选择；③柱加固。芳纶纤维布、玻璃纤维布是比较理想的柱加固材料。因为它们的弹模小，相对于碳纤维（弹模235Gpa），其延性较好；并且，在进行棱角打磨时一般只需要10mm左右，一般不需打磨，而碳纤维则需要30mm左右，若采用芳纶纤维就可以节约很多工时。2.2地铁、隧道 因地铁和隧道是一种在地下工作的结构，所以它的受力与地面结构是不一样的。在洞顶和洞侧，它都有土压力的作用，而且也有净空的要求，所以进行裂缝修补时，传统的加固方法不可行，而用芳纶纤维布（不导电）进行加固维修就可以满足它的各方面要求，因为在地铁或隧道的拱顶或侧壁的裂缝一般是多向且不规则的，这就要求修复材料必须具有良好的抗剪性能，而且还是一种不导电的材料，所以芳纶布在隧道地铁工程中是一种最佳的选择。 2.3烟囱、水塔 由于烟囱水塔这样向高空发展的结构，加固维修特别困难，传统加固方法（如扩大截面法、粘钢法）基本上很难解决这样的问题，而采用轻质高强、耐腐蚀、耐久性能都很好的复合材料（尤其是芳纶纤维）进行加固，就是一种很好的方法。 3、几种加固方法的比较
?综 述? 纤维增强复合材料嵌入式加固技术 3 岳清瑞 李庆伟 杨勇新 (国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心 北京 100088) 摘 要:纤维增强复合材料嵌入式加固方法近几年来在国外得到了广泛的研究与应用。介绍了此项技术的研究、应用状况,并详细阐述了嵌入式加固方法的特点、施工方法以及施工中需要注意的问题。嵌入式加固方法施工方便快捷、防火性能好、能防止人为或环境因素的破坏,是一种有效的加固方法,值得在我国进行研究、推广和应用。 关键词:纤维增强复合材料 嵌入式(NS M ) 加固 结构 施工步骤 工程应用 TECHNIQUE OF STRUCTURES STRENGTHENE D WITH NEAR SURFACE MOUNTE D FRP Y ue Qingrui Li Qing wei Y ang Y ongxin (National Engineering Research Center of Industrial Building Diagnosis and Rehabilitation Beijing 100088)Abstract :T echnique of structures strengthened with near surface m ounted (NS M )FRP has been studied and applied widely in abroad recent years.This paper introduces the research and applications of this technology ,discusses the characters of this technique ,construction process ,and s ome problems that merit attention in field application.NS M method is convenient and can prevent structures from fire or destruction of other factors.NS M method is effective and w orthy of being researched and applied in our country. K eyw ords :FRP near surface m ounted (NS M ) strengthening structures construction process field application 3国家863计划项目(编号2001AA336010)、2003年科研院所技术开发研究专项资金项目(编号2003EG 213003)资助。 第一作者:岳清瑞 男 1962年1月出生 教授级高级工程师收稿日期:2003-09-20 我国有大量的建筑物因种种原因需要维修加固,因此,探寻更为有效的加固方法成为土木工程界 的研究热点。近几年来,嵌入式(Near Surface M ount 2ed ,简称NS M )加固方法在国外得到了广泛的研究和 应用。所谓嵌入式加固方法是将加固材料放入结构表面预先开好的槽中,并向槽中注入粘结材料使之形成整体,以此来改善结构性能的方法。在20世纪40年代末瑞典的Asplund [1] 曾用此项技术加固瑞典 一座桥梁。他把钢筋置于在混凝土结构表面所开的槽中,在槽中灌入水泥浆,然后用喷浆混凝土覆盖进行表面处理。然而,由于水泥浆的粘结性能不是很好,所以加固部分与原结构的粘结效果不太好,从而影响了加固效果。正是由于材料的限制,使得这项技术在当时没有推广。随着材料产业日新月异的发展,新型材料不断出现,嵌入式方法也逐渐发展起来。20世纪60年代,研究人员开始在槽中注入环氧树脂来粘结钢筋,然而钢筋的易锈蚀性使得表面需要较厚的保护层 [2] 。当FRP 材料出现后,嵌入式 加固方法才真正显示出了其优良的加固效果。研究 人员开始采用FRP 筋或板带代替钢筋应用于嵌入式加固方法中,与钢筋相比,其优势不言自明:FRP 材料轻质高强,施工方便,省时省力;耐腐蚀,不象钢筋那样需要较厚的保护层;形状、规格可以根据实际工程的要求定做。 嵌入式加固方法近年来在国外工程中得到较多的应用,尤其是在混凝土结构加固工程中的应用尤其广泛。Hakan Nordin [2] 于1999年秋天用嵌入式方法加固了瑞典一座桥梁的桥板,材料为CFRP 板带(规格为35mm ×5mm ),工程开槽尺寸为40mm ×8mm ,加固效果令人十分满意。Alkhrdaji [3] 等人在 1998年对美国正在使用中的J -857桥梁进行加固, 其中有3块混凝土实心板是用嵌入式方法加固,应用CFRP 砂磨筋,直径约11mm ,开槽的尺寸为:长约6m ,宽约14mm ,深约19mm 。施工完毕后,经试验测 1 Industrial C onstruction V ol 134,N o 14,2004 工业建筑 2004年第34卷第4期
高性能增强材料——芳纶纤维 安源 摘要: 芳族聚酰胺纤维由美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发并最早实现工业化生产。该产品可以用做增强材料。介绍芳族聚酰胺纤维的发展、性能、制备及其应用。 关键词：芳纶；性能；制备；应用 1 概述 增强材料就像树木中的纤维，混凝土中的钢筋一样，是复合材料的重要组成部分，并起到非常重要的作用。它不仅能使材料显示出较高的抗张强度和刚度，而且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、含量及使用状态。例如在纤维增强复合材料中，纤维是承受载荷的组元，纤维的力学性能决定了复合材料的性能。 芳纶是芳族聚酰胺纤维的通称,主要分为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维(芳纶1414)和聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纤维(芳纶1313)。美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发出芳纶1313和芳纶1414 ,并最早实现工业化生产(商品名分别为Nomex和Kevlar)。1987年推出了KevlarHT、Kevlar68和Kevlar149。1986年荷兰阿克苏(Akzo)公司生产出Twaron纤维; 1987年日本帝人公司生产出Technora纤维。而中国于1972年开始进行芳纶的研制工作,并于1981年通过芳纶14的践定,1985年又通过芳纶1414的鉴定,它们分别相当于美国杜邦公司的Kevlar29和Kevlar49。 2 全球芳纶纤维的发展概况 全球芳纶纤维产能主要集中在日本、美国和欧洲，生产芳纶纤维的公司也较为集中，目前全球从事芳纶纤维生产的厂家主要有５个：美国杜邦公司（Kevlar）、日本帝人公司（Twaron、Technora）、俄罗斯卡明斯克化纤股份公司（SVM、Apmoc、Rusar）和特威尔化纤股份公司（SVM、Apmoc）、韩国科隆公司（Kolon），其他国家或公司仅有少量生产。 2009年，全球芳纶纤维生产能力约9.51万t／a，其中对位芳纶纤维产能约6.61万t／ａ，杜邦和帝人二家公司产能合计6.15万t／ａ，占对位芳纶纤维产能的93%；间位芳纶纤维的产能约为2.9万t／ａ，主要的生产公司仍为杜邦公司，产能为全球总产能的75%以上。预测到2015年全球对位芳纶纤维产能可达11.0万t／ａ，问位芳纶的产能为5.2万t／ａ。 2009年全球芳纶纤维的消费量约为7.5万t，其中对位芳纶纤维5.2万t，间位芳纶纤维2.3万t。芳纶纤维的消费区域主要也集中在美国、欧洲和日本。欧洲是世界芳纶纤维的最大消费市场，其消费量占全球总消费量的48%，约为3.6万t；美国消费量占全球36，约2.7万t；日本消费量约占全球11%，约0.8万t；其他地区约0.4万t。随着生产技术的发展以及生产成本的逐步降低，芳纶纤维的消费领域已经逐步从应用于军工和航天领域的特殊材料，发展成为在工业和民用领域有着广泛应用的高性能材料。 3 我国芳纶纤维的基本概况
附录A纤维增强复合材料筋蠕变性能试验方法 A.1.1 1 范围 本试验方法适用于测定结构用纤维增强复合材料筋的蠕变性能，包括应变-时间关系，荷载水平-蠕变断裂时间曲线和蠕变断裂应力。 A.1.2 2 仪器 A.1.3 2.1 试验机 蠕变试验机或试验装置，应满足以下要求： ——试样的最大拉伸荷载应在试验机加载能力的15%-85%之间。 ——试验机夹具之间的最小长度应符合试件的基本要求。 ——能够提供稳定的恒定荷载。 A.1.4 2.2 应变测试装置 用于测量筋材伸长的引伸计或应变片应该能够记录在计测范围内的所有变化。 A.1.5 2.3 数据采集系统 系统应能以最小速率为每秒记录两次连续记录荷载、应变和位移。荷载、应变和位移的分辨率分别应不大于100N、10×10-6和0.001mm。 A.1.6 3 试件制备 A.1.7 3.1 试件选择 蠕变试验每组3个试件，其他试件选择要求与拉伸试验一致。 A.1.8 3.2 原始标距的标记和测量 引伸计或应变片应安装在试件的中部，距锚固端至少8倍试件计算直径。 A.1.9 4 试验条件 试验条件与拉伸试验一致。 A.1.10 5 试验方法 蠕变试验的开始时间以试验荷载达到既定蠕变试验恒定荷载的时刻计算。蠕变试验荷载应取试件极限荷载的0.2到0.8倍，在荷载达到既定荷载前发生破坏的试件为无效时间，若连续3个试件出现该情况，则应考虑降低恒定荷载。为了最终形成蠕变断裂应力预测曲线，蠕变断裂试验应至少包含3种不同的恒定荷载水平的试验组，蠕变断裂时间应分布在1～10小时，10～100小时和100～1000小时，且应包含至少1个在1000h内不发生破坏的试验组。
天然纤维增强复合材料吸声性能研究 A coustical Studies of N atural Fiber Reinforced Com posites 罗业,李岩 (同济大学航空航天与力学学院,上海200092) LU O Ye,LI Yan (School of Aerospace Eng ineer ing and Applied M echanics, T ongji U niv ersity,Shang hai200092,China) 摘要:采用热压成型法制备天然纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构,利用双传声器阻抗管进行吸声性能测试,并与合成纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构进行对比。结果表明:与合成纤维增强复合材料层合板相比,天然纤维增强复合材料层合板虽然具有更优异的吸声性能,但是仍不能满足吸声材料的要求,需通过材料设计进一步提高这种材料的吸声性能。而天然纤维增强蜂窝夹芯结构具有优异的吸声性能,吸声系数峰值高达014,可以被用作吸声材料。 关键词:天然纤维;吸声系数;表面阻抗;阻抗匹配 中图分类号:T B332文献标识码:A文章编号:1001-4381(2010)04-0051-04 Abstract:T he natur al fiber reinforced co mposite lam inates and ho neycomb sandw ich str uctures w ere prepared by hot press.Acoustic properties w er e tested w ith the aid of tw o-micropho ne impedance tube and co mpared w ith synthetic fiber reinforced co mposite counterparts.T he results show ed that natural fiber reinforced composites laminates had better acoustic pr operties than their synthetic counterparts, but still failed to reach the requir em ents as acoustic mater ials.Proper materials desig n is needed to further improve the aco ustic pro perties of natur al fiber r einfor ced composite laminates.While,natural fiber based honeycomb sandw ich str uctures had go od acoustical pro perties,w ith its peak sound absorp-tion coefficient appr oaching0.4,and thus co uld be used as acoustic materials. Key words:natur al fiber;sound absor ption coefficient;surface impedance;impedance matching 噪声污染已成为当代世界性的问题,同水污染和大气污染一起被列为全球三大污染[1]。随着工业、农业、交通运输业的发展,噪声污染日趋严重,已经成为越来越严重的社会问题。而噪声对人们的休息、学习和工作的影响以及对身心健康的危害,日益为人们所认识和关注。为此,各行各业在住宅、学校、工厂、交通工具以及城市环境等方面都建立起噪声的限制标准,而噪声控制技术也随之得到了飞速的发展。 噪声的控制分为三种途径[2]:在声源处降低噪声幅值;在声波传播途径中阻隔、吸收声能;在声音接收点采取保护措施,减少噪声影响。而实际应用中,最有效的噪声控制就是通过吸声材料来达到降噪的效果。 天然纤维由于比强度高、比模量高、价格低廉、可回收、可降解、可再生、绿色环保等特性而作为增强体在复合材料中得到广泛应用[3]。其织物、非织造布作为吸声材料也备受科学家和研究者的青睐[4-8],M ul-l er和Krobjlow ski通过Alpha-cabin和双传声器阻抗管研究了棉制绒头织物的吸声性能,发现了其优良的吸声性能[4];Parikh等[5]发现天然纤维针织毡能够有效降低汽车内噪音;张辉等[8]选用大麻、涤纶和棉纱线织造了不同规格的织物,分析了织物紧度、组织和化学试剂对大麻织物吸声系数的影响。而对于天然纤维增强复合材料的吸声性能却报道较少。 本工作着眼于绿色环保吸声材料的研制,以天然纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构为对象,研究了其吸声性能,并和传统的合成纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构进行比较,分析了其在吸声降噪领域的应用前景。 1实验 1.1实验材料 选用江西井竹麻业有限公司生产的平纹编织苎麻布,浙江宏成纺织整理有限公司生产的平纹编织黄麻布,常州天马集团公司生产的平纹编织玻璃纤维布以及上海怡昌碳纤维材料有限公司生产的平纹编织炭纤
绵阳职业技术学院 材料系 先进复合材料成型工艺 芳纶纤维增强的先进复合材料制品
目录 1 芳纶纤维增强的先进复合材料的应用 (1) 1.1 概况 (1) 1.2 芳纶品种及性能 (1) 1.3 芳纶纤维产品形态及复合材料的成型方法 (3) 1.4 芳纶纤维复合材料的应用 (3) 2 原材料 (5) 2.1 聚氨酯树脂 (5) 2.2 芳纶纤维 (7) 3 制作工艺 (8) 3.1成形方法的选择 (8) 3.2 芳纶1313 (10) 4 修补及性能检测 (10) 4.1 缺陷 (10) 4.2 芳纶表面改性 (10) 5 参考文献 (13)
先进复合材料成型工艺 芳纶纤维增强的先进复合材料制品 1 芳纶纤维增强的先进复合材料的应用 1.1 概况 目前,先进复合材料的增强材料主要是S高强玻璃纤维非碳纤维和芳纶纤维。前两者介绍文章较多,本文主要针对芳纶复合材料及应用情况作概括介绍。 芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的通称。它是一种强度高、模量高、低密度、耐折、耐磨性好的人工合成的有机纤维。据了解,现在美国、荷兰、日本、德国、法国和俄罗斯等国都在开发芳纶纤维。我国也进行了这方面研制并取得了一定成绩。 美国杜邦公司开发的芳纷纤维,商品名“凯芙拉”(K velar)有多种规格出售,年产量已达2t。荷兰阿克苏(AKZO)公司研制的芳纶纤维,商品名“特瓦纶”(Twaron),年产量在5000t以上。日本帝人公司开发的共聚芳纶纤维,商品名“太库诺拉”,年产量为500t以上。德国赫斯特公司(HOECHST)生产芳纶纤维年产量为150t。我国1981年研制成功芳纶I,1985年研制成功芳纶Ⅱ,1994年北京燕山石化公司研究院研制成功溶致液晶全芳香族聚酰胺(PPTA),通过专家鉴定,为今后中石、工业化生产开辟了途径。 在世界范围内,芳纶纤维正以年增长率20%左右的速度发展,并从单一军用向民用转移。芳纶纤维用于汽车及防护用品方面占68%,用于造船业达21%,其余为航空、航天及军用。 1.2 芳纶品种及性能 芳纶纤维,因选择原料的不同及合成工艺不同,又可分为间位芳香族聚酰胺纤维,商品名为“欧梅克斯”(Nomex)对位芳香族聚酰胺纤维,商品名“凯芙拉”（Kevlar)和芳香族聚酰胺共聚纤维,商品名“太库诺拉”等。表1将具有代表性的“凯芙拉”纤维和我国研制的芳纶I、芳纶Ⅱ主要性能列出,同时与S高强玻璃纤维及碳纤维进行比较。 从表1中可以发现芳纶纤维密度最小,拉伸强度与S2玻璃纤维和碳纤维接近,拉伸模量居中。此外,芳纶纤维的热稳定性好,可在180℃下长期使用,短期可耐300℃,对强度无大的影响。在-170℃下也不会变脆,仍保持其性能。芳纶纤维的力学性能在有机纤维中是非常突出的，与无机纤维比也不逊色，芳纶纤维除强酸、强碱外,几乎不受有机溶剂、油类影响。但芳纶纤维对紫外线敏感, 若长期暴露在阳光下，其强度会有很大的损失，因此,在使用中应加保护层。 1
纤维增强复合材料（FRP）在工程结构加固中的应用 肖萍 （福建信息职业技术学院福州，350019） 摘要：介绍FRP这种新型高性能复合材料的种类、性能特点及对钢筋混凝土构件的加固方式，并 介绍了FRP复合材料在土木工程不同领域的应用发展，展望了FRP复合材料在今后土木工程领域的广 阔发展前景。 关键词： FRP 复合材料；材料性能；钢筋混凝土构；修复加固 随着社会科学技术的进步，土木工程结构学科的发展，在很大程度上得益于性质优异的新材料、新技术的应用和发展，而纤维增强复合材料（fiber reinforced polymer 简称FRP）以其优异的力学性能及适应现代工程结构向大跨、高耸、重载、轻质发展的需求，正被越来越广泛地应用于桥梁工程、各类民用建筑、海洋工程、地下工程中，受到结构工程界广泛关注。 1 FRP复合材料的种类 FRP复合材料是由纤维材料与基体材料按一定地比例混合，经过特别的模具挤压、拉拔而形成的高性能型材料。目前工程结构中常用的FRP主材主要有碳纤维（CGRP）、玻璃纤维（GFRP）、及芳纶纤维（AFRP），这些材料性能如表1所示，其材料形式主要有片材（纤维布和板）、棒材（筋材和索材）及型材（格栅型、工字型、蜂窝型等）。 1.1 在FRP片材中，纤维布是目前应用最为广泛的形式，它由连续的长纤维编织而成，通常是单向纤维布，使用前布浸润树脂，在采用FRP布加固时布的形状可以根据被加固结构的外形随意调整，加上它本身没有刚度，运输方便，较适用于梁与柱的抗剪、抗弯加固，柱与节点的抗震加固。但由于FRP布的厚度较薄，需多层粘贴才能满足要求，所以施工工艺较繁杂，操作较为困难。而FRP板则可以承受纤维方向上的拉和压，所以FRP板较适用于梁板柱的抗弯加固和抗剪加固。1.2 在FRP棒材中，FRP筋是采用单向成型工艺，将单向长纤维与树脂混合为棒材；而FRP索是将连续的长纤维单向编织，再用少量树脂浸润固化或不用树脂固化而制成的索状FRP制品。FRP 筋和FRP索可以在钢筋混凝土代替钢筋和预应力筋，特别是FRP筋用作预应力筋时，它的高强度、低弹性模量和抗腐蚀性对结构都十分有力。同时它们还可用于大跨度支撑结构、张拉结构和悬挑结构，且一般可节约劳动力和大量后期的维护费用。但工程造价一般高于采用钢筋的方案。 1.3 在FRP型材中，FRP格栅型材可代替钢筋网或钢筋笼，直接用作结构中作为楼面或夹心板等构件，同时FRP其他型材也可用于管道、桩基等尺寸较大或形状复杂的结构构件中。 2 FRP复合材料的基本力学性能和特点： 2.1 抗拉强度高，FRP的抗拉强度均明显高于钢筋，与高强钢丝抗拉强度差不多，一般是钢筋的两倍甚至达十倍。但FRP材料在达到抗拉强度前，几乎没有塑性变形产生，受拉时应力－应变呈线弹性上升直至脆断，因此FRP复合材料在与混凝土结构共同作用的过程中，往往不是由于FRP 材料被拉断破坏，而是由于FRP－混凝土界面强度不足导致混凝土结构界面被剥离破坏，所以，FRP－混凝土界面粘结性能问题成为今后工程应用的一个重点和难点。 2.2 FRP复合材料热膨胀系数与混凝土相近，这样当环境温度发生变化时，FRP与混凝土协调工作，两者间不会产生大的温度应力。 2.3 与钢材相比，大部分FRP产品弹性模量小。约为普通钢筋的25％～75％。因此，FRP结构的设计通常由变形控制。 2.4 FRP的抗剪强度低，其强度仅为抗拉强度的5％～20％，这使得FRP构件在连接过程中需要研制专门的锚具、夹具。也使得FRP构件的适度成为研究突出的问题。
碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、
纤维增强聚丙烯复合材料及其在汽车中的应用 玻璃纤维毡增强热塑性片材（Glass Mat Reinforced Thermoplastics，简称GMT）作为先期研发应用成功的一种热塑性复合材料，曾对汽车工业采用新材料产生了积极而又深远的影响，至今仍方兴未艾。近年来，车用纤维增强聚丙烯复合材料的研究和应用又有了新的发展——自增强聚丙烯（SR-PP）和长玻纤增强聚丙烯（LGFPP）的开发应用成功使其成为汽车工业中的新宠。1 N# H* U$ H9 Z 在汽车塑料件所用塑料材料中，聚丙烯是用量最大、发展最快的塑料品种，其原因不仅是由于聚丙烯材料本身具有密度小、成本低、产量大、性价比高、化学稳定性好、易于加工成型和可回收利用等突出特点，而且还因为该种材料可通过共聚、共混、填充增强等方法得到改性，因而可适合不同的汽车零件的使用性能要求。 目前可用于汽车零部件的聚丙烯材料已有多个牌号的品种，可分别作为汽车保险杠、仪表板、方向盘、车门护板、发动机冷却风扇以及车身暖风组件等多种零部件的材料。尽管如此，为了提供高性能品种以满足高品质汽车在美观、舒适、安全、防腐以及轻量化方面提出的更高要求，人们仍然在不断地进行着聚丙烯材料的改性和应用方面的研究。自增强聚丙烯复合材料8 N" g: f: K+ E- N% T0 o/ d 自增强聚丙烯复合材料(Self-Reinforced Polypropylene Composite，简称SR-PP)是一种由高定向性的聚丙烯纤维和各向同性的聚丙烯基材组成的100%聚丙烯片材。SR-PP是继GMT之后国外最新开发应用的一种热塑性复合材料，它由英国Leads大学研制成功。2002年初，Amoco纤维有限公司在德国Gronau建立了第一条年产5000t SR-PP的生产线，其生产的产品目前主要用作车底遮护板。 自增强聚丙烯片材加工制备工艺的要素可概述为：将高模量的聚丙烯带排列起来，在适宜的温度和压力条件下，使每条带的薄层表皮熔融在一起，在冷却过程中，这种熔融的材料凝固或重结晶，从而粘合成为一个整体结构。由于生成的热压实片材由同一种聚合物材料所组成，再加上物相之间分子的连续性，使片材中纤维/基材间有着优异的粘合性。此外，由于每条定向带表面膜层的熔融效应，从而克服了GMT材料中增强玻璃纤维需要浸润处理的问题。自增强聚丙烯片材热压实制备工艺如图1所示。 国外有关专家在对自增强聚丙烯复合材料的性能进行研究后指出，SR-PP片材的刚性和强度与GMT材料很接近（弹性模量均在5GPa左右），但较GMT材料轻20%～30%。此外，与随意纤维方向排布的GMT片材和NMT（天然纤维增强聚丙烯）片材不同的是，SR-PP片材生产中使用的编织纤维结构使整个零件具有均匀一致的机械性能，可将加工零件的厚度进一步减薄20%～30%，这样就可以使成品的总重量减轻50%左右。表1列出了SR-PP、GMT和均聚PP三种材料的性能对比。
芳纶 芳纶(芳族聚酰胺纤维)可能是最知名的特种纤维，由尼龙而来，且与尼龙极其类似。芳纶中含5％直接与两个芳香环相连的酰胺键。著名的品牌，包括杜邦的Nomex和Kevl~，以及日本帝人公司与Kevl~非常相似的Twaron纤维。Kevl~的强度和模量比传统的高强尼龙纤维，分别高2倍和9倍。 Kevlar能够应用于如下领域：防弹材料、复合材料支撑物，振动延续阻滞物、轮胎增强材料，高应力作业下的机械橡胶布、高强低延伸的绳索。Nomex与Kevlar在化学组成上不同，它用异酞酰胺取代对酞酰胺，从而获得有优异耐热性的纤维，在高温条件下有优异的性能。 随着芳纶在安全和强力市场领域应用的深入，市场应用将会缓慢增加，但其量不会显著扩大，问题在于产量／价格／利润之间的相互关系。从Spandex大量上市导致价格下降的经验来看，如果纤维价格下跌20％-50％，纤维的产量将会急剧增加芳纶纤维全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺"，英文为Aramid fiber，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。 芳纶的发明:20世纪60年代由美国杜邦（DuPont）公司成功地开发并率先产业化; 芳纶的发展: 在30多年的时间里，芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程，价格也降低了将近一半。现在国外芳纶无论是研发水平还是规模化生产都日趋成熟。在芳纶纤维生产领域，对位芳酰胺纤维发展最快，产能主要集中在日本和美国、欧洲。如美国杜邦的Kevlar纤维，荷兰阿克苏诺贝尔（Akzo Nobel）公司（已与帝人合并）的Twaron 纤维，日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。间位芳酰胺纤维的品种有Nomex、Conex、Fenelon纤维等。美国杜邦生产的Kevlar纤维，目前就有Kevlar一49、Kevlar－29等十多个牌号，每个牌号又有数十种规格的产品。杜邦公司在去年宣布将扩大Kevlar纤维的生产能力，该扩建项目预计在今年年底完工。帝人、赫斯特等芳纶生产的知名企业也不甘示弱，纷纷扩产或联合，并积极开拓市场，希望成为这个朝阳产业的生力军 芳纶纤维在高性能纤维世界中有独特地位。它是强度很高的纤维——以相同重量为基础，是钢材强度的5倍；其另一种卓越性能是极高的比张力模量（抗拉伸）——其韧度是最常用的增强纤维E-玻璃纤维的三倍。 它具有固有的不可燃性，连续使用温度范围极宽，由﹣320。F（﹣196。C）到400。F（204℃）。可耐受超过1000°F（538℃）的材料作有限度接触。 芳纶KEVLAR是杜邦公司独一无二的aramid纤维系列的注册商标，有四种类型的产品出售——芳纶KEVLAR 29、KEVLAR129、KEVLAR 49、KEVLAR 149。 芳纶是用于增强子午线轮胎及其机械用橡胶制品，如软管、输送带及动力传送皮带而专门设计制造的品种。芳纶的工业专门用途，例如绳索、缆绳、防弹织物、涂层织物、
热固性复合材料与热塑性复合材料 1热固性树脂基复合材料 热固性树脂基复合材料是应用十分广泛的复合型材料，这种材料是经过复合而成，在多高科技产品中都得到了广泛的应用与研究，例如在大型客运机的应用中，其不仅减轻了重量，并且还优化了飞机的性能，减轻了飞机在飞行过程中的阻碍，热固性树脂具有非常优异的开发潜能，其应用领域也会在其改性后得到更大的发展。 典型的热固性树脂复合材料分为以下几种： （1）酚醛树脂复合材料:随着对阻燃材料的强烈需求，美国西化学公司，道化学公司等一系列大型化学公司都先后研制成功了新一代的酚醛树脂复合材料。其具有优异的阻燃、低发烟、低毒雾性能和更加优异的热机械物理性能。在制备这种具有阻燃效果的材料上，研究人员重新设计思路，在加入不饱和键等其他基团条件下，提高了反应速度，减少了挥发组分。使酚醛树脂复合材料在其应用领域得到大力发展。 (2)环氧树脂复合材料:由于环氧树脂本身的弱点，研究人员对其进行了两面的改性研究，一面是改善湿热性能提高其使用温度;另一面则是提高韧性，进而提高复合材料的损伤容限。含有环氧树脂所制备的复
合材料己经大力应用到机翼、机身等大型主承力构件上。 (3)双马来酞亚胺树脂复合材料:在双马来酞亚胺树脂复合材料中，由于双马来酞亚胺树脂具有流动性和可模塑性，良好的耐高温、耐辐射、耐湿热、吸湿率低和热膨胀系数小等优异性能，所以这种树脂则会广泛运用在绝缘材料、航空航天结构材料、耐磨材料等各个领域中。(4)聚酰亚胺复合材料:聚酰亚胺复合材料具有高比强度，比模量以及优异的热氧化稳定性。其在航空发动机上得到了广泛应用，主要可明显减轻发动机重量，提高发动机推重比。所以在航天航空领域得到了大力的发展和运用。 2热塑性树脂基复合材料 热塑性树脂基复合材料:其自身中的基体是热塑性树脂，该类复合材料是由热塑性树脂基体、增强相以及一些助剂组成。在热塑性复合材料中最典型和最常见的热塑性树脂有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯树脂、聚碳酸树脂、聚甲醛树脂、聚醚酮类、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚飒等。 而热塑性树脂复合材料具有很多的特点，以下概述了一些热塑性树脂复合材料的特点。
芳纶纤维材料及其应用 摘要：本文对芳纶纤维的发展概况，结构性能以及主要应用领域作简单介绍。最后分析一下芳纶纤维的发展前景。 关键词：芳纶纤维材料；芳纶1313；芳纶1414；结构性能；应用；发展前景 Aramid fiber material and its application Abstract：In this paper, the general development of aramid fiber, structure, performance and main application field are introduced.Finally, analysis of the development of the aramid fiber Key words:Aramid fiber material;Aramid 1313; Aramid 1414;Structure performance; Application; Future development 1 芳纶纤维概况 芳纶纤维即芳香族聚酞胺纤维，是以芳香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的合成纤维。芳香族聚酰胺纤维首先是由美国杜邦公司于1965年引入市场的。这种间位取向的芳香族聚酰胺纤维称作Nomex。上世纪70年代早期，杜邦公司开发了第二种产品即对位芳香族聚酰胺纤维Kevlar，并且此后一直占据芳纶的首要地位，直到1986年荷兰Akzo公司的Twaron、1987年日本帝人公司的Technora及俄罗斯的ARMOC纤维的出现，才使Kevlar独占体系崩溃。[1] 芳纶纤维工业化的产品有两种：芳纶1313（全称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维）和芳纶1414（全称为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维）。芳纶纤维具有良好的抗冲击和耐疲劳性能，有良好的介电性和化学稳定性，耐有机溶剂、燃料、有机酸及稀浓度的强酸、强碱，耐屈折性和加工性能好。它可用普通织机编织成织物，编织后其强度不低于原纤维强度的90%[2]。 2 芳纶1313 2.1发展情况 芳纶1313最早由美国杜邦公司研制成功并实现工业化生产，产品注册为Nomex（诺美克斯）。1967年正式工业化生产。是一种耐高温纤维，由聚间苯二甲酰间苯二胺构成，是目前所有耐高温纤维中产量最大，应用最广的一个品种。日本Teijin公司于1974年也成功实现商业化，商品名为Conex ，其主要侧重纤维的开发，除常规纤维品种外，还有染色纤维、高度阻燃稳定纤维Conex FR和耐候性极好的Conex L。另外，还有日本Unitika公司的
摘要：热塑性复合材料因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。热塑性复合材料如果想继续扩大在民机上的应用，必须进入机体主承力构件，然而，热塑性应用于主承力构件还三个挑战，即原材料成本高，铺放工艺缓慢，以及预浸料粘性问题。 关键词：热塑性复合材料碳纤维机体内饰主承力结构 热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳烃纤维及其它材料增强各种热塑性树脂所形成的复合材料，因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。 1 热塑性复合材料的民机应用潜质 以聚苯硫醚（PPS）,聚醚酰亚胺（PEI）,聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK）为基体的先进增强热塑性复合材料（TPC），具备高刚度、低加工成本和重新加工能力，拥有良好的阻燃、低烟和无毒（FST）性能，固化周期可以以分钟记，且其成形过程是天生的非热压罐工艺。这些固有属性使其成为轻质、低成本航空结构的理想材料。为西科斯基公司直升机提供大型热塑性复合材料地板的纤维锻造公司提供了如下一组数据：热塑性复合材料比钢轻60%，硬度是其6倍；比铝轻30%；比热固性复合材料强韧2倍；比注射模塑塑料硬5倍；在生产中比板材少60%碎屑。 上述性能特点和数据对比表明，热塑性复合材料是一种天生的航空结构材料，并且在民机应用上拥有巨大的潜质，甚至可能在未来为航空复合材料制造带来一场热塑性革命。 2 热塑性复合材料在民机上的典型应用 目前，热塑性复合材料（TPC）在民机上的应用主要体现在机体结构件和内饰件上，这其中，碳纤维增强PPS的TPC占大多数。 2.1 机体结构件 机体结构件中，TPC主要应用在地板、前缘、控制面和尾翼零件上，这些零件都是外形比较简单的次承力构件。空客A380客机、空客A350客机、湾流G650公务机和阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机都是热塑性机体结构件的应用大户。 空客A380客机上最重要的热塑性复合材料结构件是玻璃纤维/PPS材料的机翼固定前缘。每个机翼有8个固定前缘构件，其中热塑性材料占到了整个用料的三分之二。在固定前缘蒙皮的纤维铺放中，制造商福克航空结构公司选择了先进的超声点焊作为铺放设备的加热系统。