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芳綸纖維與碳纖維性能比較

放大字體  縮小字體 發布日期:2016-05-04  來源:復材應用技術網  瀏覽次數:543
芳綸纖維在以下方面明顯優于碳纖維

a、芳綸纖維不導電(碳纖維導電),因此在地鐵、工業廠房等結構中使用碳纖維就有很大的局限性甚至禁入性,此外,碳纖維用于混凝土結構補強,務必與鋼筋隔離以防電化學腐蝕,而使用芳綸纖維則不受限此限制。

b、碳纖維布的抗剪強度較低,易折斷,這使得施工時倒角處理要求較高,倒角半徑不小于20mm,而芳綸纖維僅需10mm即可。

c、碳纖維的高彈性模量使其能承受長期靜荷載,這是其最為突出的優點,而對于承受動載和局部沖擊作用則芳綸纖維更具競爭力。

d、碳纖維在用于限制梁的擾度時同芳綸纖維布相比具有一定優勢,但在施工的可操作性方面芳綸纖維無疑是更適合的材料

e、碳纖維加固后的破壞模式是脆性(結構變形小,碳纖維布的極限延伸率小),沒有明顯征兆,因而作為結構設計,必須采用較大的安全系數。實驗表明,已破壞的素混凝土構件用芳綸纖維布外包補強后,再次加載,其破壞過程依然是塑性的。“五角大樓晚塌35分鐘,凱夫拉纖維功不可沒”是一個極好的例證。作為延性補強,芳綸纖維材料是理想的材料。

兩種纖維材料性能詳細比較見表1

 

表1 碳纖維和芳綸纖維材料特性比較

 

抗拉強度(Mpa)

耐久性

防紫外線能力

比重

(g/cm3)

彈性模量

(Gpa)

延伸率(%)

破壞特點

是否導電

施工操作性

受力特點

碳纖維

3000

良好

良好

1.7~1.9

200~240

1.4

脆性

導電

方便,倒角半徑大于20mm

高彈性模量使其能承受長期的靜載荷

芳綸纖維

2060

良好

良好

1.44

125

2.4

塑性

不導電

很方便,倒角半徑10mm左右

抗動載和局部沖擊

 

注意:上述兩種纖維的強度均為材料本身的強度,而不是纖維布的強度,具體纖維布的強度如下:

1)、碳纖維,0.11mm和0.167mm為常用的兩種規格,強度3000MPa、由于碳纖維發生的是脆性破壞,破壞前沒有一點征兆,所以考慮的安全儲備系數一般為0.5~0.7,即能發揮的強度只有0.6×3000=1800MPa

2)、芳綸纖維,AFS-40和AFS-60為常用的兩種規格,厚度分別為0.193mm和0.286mm,強度2060MPa、由于芳綸纖維的韌性特別好,它的安全儲備系數一般為0.75—0.95,即它能發揮的強度有:0.85×2060=1751MPa

所以強度的有效值是相當的,但碳纖維加固后的構件破壞形式為脆性破壞,使其比較適合于承受長期靜載荷的結構,而芳綸纖維的抗局部沖擊能力強(從早期的用于做防彈衣可以看出),因此比較適合于承受動載的構件。

另外,我們知道FRP材料之所以用來加固,主要是在于纖維布浸透樹脂后,通過樹脂與混凝土間的很好的粘結能力來達到一種協調變形,共同承受載荷。由于芳綸布和樹脂同為有機材料,兩者之間的結合力很強;而樹脂與無機材料碳纖維結合時,滲透能力就不如芳綸好,這樣一來碳纖維就只能做的很薄了,而且要使它充分浸透,工期比方論纖維要長很多,也就是相應增加了綜合造價。

 
 
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