碳纤维及复合材料在建筑材料与检测中的应用

1.土木建筑领域的应用

碳纤维及复合材料的应用

现在用混凝土或水泥做基体制成的碳纤维增强复合材料,强度高、模量大、相对密度小、耐碱腐蚀,克服了水泥的缺点,在土木建筑应用中日益受到重视,广泛应用于建筑梁、板、柱、墙等的加固,以及桥梁、隧道、烟囱、筒仓等其他土木工程的加固补强。碳纤维布加固修复混凝土结构技术是采用配套黏结树脂将碳纤维布粘贴于混凝土表面,起到结构补强和抗震加固的作用。用碳纤维取代钢筋,可消除钢筋混凝土的盐水降解和劣化作用,使建筑构件质量减轻,安装施工方便,缩短建筑工期,如图10-12所示。

图10-12　碳纤维加固

2.航空航天领域的应用

碳纤维具有高比强度、比模量,低热膨胀系数和高导热性等独特性能,因而,由其增强的复合材料用作航空航天结构材料,减重效果十分显著,应用潜力巨大。欧洲空客公司A380客机上的机舱内壁板、后机身蒙皮、水平安定面等都是碳纤维复合材料。航空应用中对碳纤维的需求正在不断增多,波音787飞机利用碳纤维做结构材料,包括水平和垂直的横尾翼与横梁,这些材料被称为“首要的结构材料”,如图10-13所示。

图10-13　碳纤维及复合材料在航空航天领域的应用

(a)碳纤维增强的飞机蒙皮;(b)整体成型CFRP框段

3.工业领域的应用

深海油气田是碳纤维复合材料发挥作用的重要领域。美国在20世纪90年代初研制成功碳纤维复合材料连续抽油杆。这种碳纤维复合材料连续抽油杆克服普通钢抽油杆质量大、耗能高、失效频繁、活塞效应大、起下作业速度慢、易偏磨的缺点,很有发展前途。

风力发电机组的发电机额定功率越来越大,与其相适应的风机叶片尺寸也越来越大。为了减少叶片的变形,在主乘力件如轴承和叶片的某些部位采用碳纤维来补充其刚度。因此,碳纤维在风力发电机叶片上的应用前景很好,如图10-14所示。(www.xing528.com)

图10-14　碳纤维在工业领域的应用

(a)碳纤维工业零件;(b)碳纤维耐高温结构件

4.汽车工业及体育用品中的应用

应用碳纤维复合材料生产汽车零部件后,有望大幅降低车身质量。车辆使用碳纤维,可以拥有更轻的质量、更好的燃油经济性及同样出色的安全性。碳纤维复合材料在运动器材中也得到了广泛应用。其包括高尔夫球杆、网球拍、滑雪板、钓鱼竿、自行车架、冰球拍、船桨、赛艇等,都已经形成了成熟的市场,如图10-15所示。

图10-15　碳纤维在运动器材中的应用

(a)碳纤维鱼竿;(b)碳纤维网球拍

5.其他应用

碳纤维的其他应用包括机器部件、家用电器、计算机及与半导体相关的设备的复合材料的生产,可以用来起到加强防静电和电磁波防护的作用。另外,在X 射线仪器市场上,碳纤维的应用可以减少人体在X 射线下的暴露,如图10-16所示。

图10-16　碳纤维的其他应用

(a)碳纤维机器人手臂;(b)碳纤维医疗CT 床板