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    淺談芳綸纖維相比與碳纖維的優勢

    來源:     時間:2020-05-13 點擊數:

            目前在新型復合材料領域,芳綸纖維和碳纖維都是應用極其廣泛的原材料。兩者雖都具有極高的拉伸強度和模量,不過在

    性能和用途方面都有許多不同,那么區別體現在哪些方面呢?


           

            碳纖維是含碳量在90%以上的高強度高模量纖維,具有耐高溫、抗摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等特性,外形呈纖維狀、柔

    軟、可加工成各種織物,。用途上主要做成增強復合材料用于飛機結構材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以

    及用于制造火箭外殼、機動船、工業機器人、汽車板等高科技產品材料。


            芳綸是一種新型高科技合成纖維,同樣具有具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優良性能。在560℃的

    溫度下,不分解,不融化,具有良好的絕緣性和抗老化性能,也具有很長的生命周期。芳綸纖維是非常重要的國防軍工材料,

    非常適應現代戰爭的需要,其他還廣泛應用于航天航空、機電、建筑、汽車、體育用品等國民經濟的各個方面。目前,芳綸產

    品用于防彈衣、頭盔等約占7~8%,航空航天材料、體育用材料大約占40%;輪胎骨架材料、傳送帶材料等方面大約占20%左

    右,還有高強繩索等方面大約占 13%。


            兩者雖是目前最流行的增強材料,但其性能上還是有些差距的,主要表現在

    1.在力學性能上,芳綸拉伸強度可達2815Mpa,彈性模量126Gpa,斷裂延伸率2.5%,密度1.44g/cm^3,相對于碳纖維地強

    度稍稍遜色了一些,但是芳綸地顯著特點在與抗沖擊,具有更高的延展率,而且重量更輕。


    2.穩定性方面,芳綸具有非常良好的熱穩定性,在高溫作用下可以直至分解也不發生變形,能長期在180℃下使用,在150℃

    下作用一周強度和模量都不發生變化,熱膨脹系數為-2x10^-6,相比芳綸,碳纖維的熱穩定性也同樣優越。


    3.熱化學性能上,芳綸具有良好的耐介質性能,對中性化學藥品的抵抗力很強,但是易受強堿強酸的侵蝕,這點相比于碳纖

    維的熱化學性能,還是略遜一籌。



           但是相比于碳纖維,芳綸纖維還具有其他優點:

    1.芳綸纖維不導電,在用于類似于混凝土結構補強,完全不用考慮類似于必須與鋼筋隔離等限制。

    2.碳纖維抗剪程度低且易折斷,施工倒角半徑不得少于20mm,芳綸僅需一半(10mm)即可。

    3.芳綸的彈性優勢在于更能承受動載和局部沖擊力,在施工的可操作性方面芳綸無疑是最合適的材料。

    4.碳纖維加固后的破壞模式是脆性,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。而芳綸纖維布的彈模低、

    延伸率大,通過實驗證明,已經破壞的素混凝土構件用芳綸布外包補強后,再次加載,其破壞過程依然是塑性的。



            綜上,相比于碳纖維,芳綸的強度和化學性稍遜一籌,但是其其他特性則拓展了應用領域。比如芳綸纖維不導電,因此

    在地鐵、工業廠房等用電設備較多的結構中,使用碳纖維布顯然是不太合適,此外,碳纖維用于混凝土結構補強時,務必保

    證其與鋼筋隔離以防止電化學腐蝕,而使用芳綸纖維則不受此條件限制。另外碳纖維可用于荷載較為穩定的房屋加固領域。

    而對于承受動載和局部沖擊作用,進行延性補強,用于震動頻繁的道橋領域,芳綸纖維材料無疑是最好的選擇。



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