碳纖維具有怎樣的特性
含炭量在90%以上的高強度高模量纖維。用腈綸和粘膠纖維做原料，經(jīng)高溫氧化碳化而成。是制造航天航空等高技術(shù)器材的優(yōu)良材料。
由碳元素組成的一種特種纖維，具有耐高溫、康摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等特性，外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物，由于其
石墨微晶結(jié)構(gòu)沿纖維軸擇優(yōu)取向，因此沿纖維軸方向有很高的強度和模量。
碳纖維的密度小，因此比強度和比模量高。
碳纖維的主要用途是作為增強材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復(fù)合，制造先進復(fù)合材料。
由于碳纖維復(fù)臺材料是一層層的碳纖維 布和樹脂復(fù)合而成，雖然纖維方向的拉伸強度高但是層與層之間的粘合強度并不太高，受力的時候出現(xiàn)應(yīng)力相異。進行打孔的時候很容易出現(xiàn)分層、撕裂、 燒焦軟化等情況。在進行人工打孔的時候?qū)τ诹α康霓D(zhuǎn)速更加難以控制，諸多不穩(wěn)定的因素的情況下很容易將制品破壞，這種對制品的損傷要比機械加工嚴重的多，容易導(dǎo)致整體報廢。生產(chǎn)大部分的時候需要很大的成本，同時上面的打孔要求也更多，所以手工給碳纖維復(fù)合材料打孔風險很高，需要的人員和技術(shù)。
在對碳纖維復(fù)臺材料打孔過程中高強度的碳纖維會讓鉆機嚴重磨損和高熱量，所加工的部件會受到很大的切削力，容易分層。人工打孔的時候?qū)︺@頭轉(zhuǎn)速和推進力度的調(diào)整會直接影響軸向力,在加工的過程中轉(zhuǎn)孔快要鉆透的時候要降低推進力度,減低出口出的撕裂情況。在進行打孔的時候操作者需要注意保持鉆頭垂直，鉆頭中心不可偏移，需要精細把控，尤其是鉆透的時候頭部切削的材料突然減少，會讓給進量增大，引起嚴重撕裂。
人工鉆孔需要大量的操作經(jīng)驗才能降低損壞率，不過從一些外部準備上也能降低皮損率，常用方法有:
1、鉆頭的選擇，加工碳纖維復(fù)臺材料好選擇硬質(zhì)鉆頭，金剛石、硬質(zhì)合金材料均可，這樣可以緩解磨損帶來的鉆頭鈍化，降低軸向力。
2、鉆削工具要選擇質(zhì)量較好，性能穩(wěn)定的工具，在加工的時候能準確的把控給進速度。
3、在加工之前對要加工的制品周邊進行固定支撐，減少加工時的震顫。
碳纖維纏繞是一種復(fù)合材料連續(xù)成型方法,基本方法是將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維或布帶,按照一定規(guī)律纏繞到芯模上 ,然后固化脫模成復(fù)合材料制品。這種方法主要用來制造圓形管道、壓力罐、貯存罐等旋轉(zhuǎn)對稱形狀的產(chǎn)品。其特點是成型過程連續(xù)，一次性完成;制品形狀和尺寸都能得到保證,在直徑方向的強度高。但需要專門的纏繞機器和輔助設(shè)備,生產(chǎn)成本較高。所以根據(jù)碳纖維纏繞成型時樹脂基本的物理化學(xué)狀態(tài)不同,分為濕法纏繞、干法纏繞和半干法纏繞三種。
一、濕法纏繞
濕法纏繞是將纖維集束(紗式帶)浸膠后,在張力控制下直接纏繞到芯模上。濕法纏繞的優(yōu)點如下。
a .產(chǎn)品氣密性好,因為纏繞張力使多余的樹脂膠液將氣泡擠出,并填滿空隙;
b .成本比干法纏繞低40% ;
C .濕法纏繞時,纖維上的樹脂膠液,可減少纖維磨損;
d .纖維排列平行度好;
e .產(chǎn)(達200m/min )。
二、干法纏繞
干法纏繞是采用經(jīng)過預(yù)浸膠處理的預(yù)浸紗或帶,在纏繞機上經(jīng)加熱軟化至黏流態(tài)后纏繞到芯模上。由于預(yù)浸紗(或帶)是生產(chǎn)的,能嚴格控制樹脂含量(到2%以內(nèi))和預(yù)浸紗質(zhì)量。因此,干法纏繞能夠準確地控制產(chǎn)品質(zhì)量。干法纏繞工藝的大特點是自動化程序高,生產(chǎn)，纏繞速度可達100-200m/min ,纏繞機清潔,勞動衛(wèi)生條件好,產(chǎn)品質(zhì)量高。其缺點是纏繞設(shè)備貴,需要增加預(yù)浸紗制造設(shè)備,投資較大。 此外,干法纏繞制品的層間剪切強度較低。
三、半干法纏繞
半干法纏繞是纖維浸膠后,到纏繞至芯模的途中,增加一套烘干設(shè)備,將浸膠紗中的溶劑除去,與干法相比,省卻了預(yù)浸膠工序和設(shè)備;與濕法相比,可使制品中的氣泡含量降低。
以上三種纏繞成型中,以濕法纏繞應(yīng)用為普遍;干法纏繞僅用于高精度的航空航天的技術(shù)領(lǐng)域。
碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。碳纖維材料用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補的研究始于80年代美、日等發(fā)達國家。我國的這項技術(shù)起步很晚,但隨著我國經(jīng)濟建設(shè)和交通事業(yè)的飛速發(fā)展,現(xiàn)有建筑中有相當一部分由于當時設(shè)計荷載標準低造成歷史遺留問題，-些建筑由于使用功能的改變,難以滿足當前規(guī)范使用的需求,亟需進行維修、加固。目前常用的加固方法有很多,如:加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等。碳纖維加固修補結(jié)構(gòu)技術(shù)是繼加大混凝土截面、粘鋼之后的又-種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。
碳纖維與傳統(tǒng)的加大混凝士截面或粘鋼混凝土補強相比,具有節(jié)省空間,施工簡便,不需要現(xiàn)場固定設(shè)施,施工質(zhì)量易保證，基本不增加結(jié)構(gòu)尺寸及自重,耐腐蝕、耐久性能好等特點。另外,采用該工法,可大大提高建筑物的使用壽命,降低加固成本。因此,碳素纖維作為劃時代的補強材料,而備受青睞和關(guān)注。
1、抗拉強度高,是同等截面鋼材的7-10倍。
2、重量輕,密度只有普通鋼材的1/4。
3、耐久性好,可阻抗化學(xué)腐蝕和惡劣環(huán)境、氣候變化的破壞。
4、施工方便快捷、省力節(jié)時、施工質(zhì)量易于保證。
5、適用范圍廣,混凝土構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)均可進行加固。可大幅度提高構(gòu)件的承載能力、抗震性能和耐久性能。碳纖維加固工藝原理：將抗拉強度極高的碳纖維用環(huán)氧樹脂預(yù)浸成為復(fù)合增強材料(單向連續(xù)纖維):;用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補強的結(jié)構(gòu)上,形成一一個 新的復(fù)合體,使增強粘貼材料與原有鋼筋混凝土共同受力增大結(jié)構(gòu)的抗裂或抗剪能力,提高結(jié)構(gòu)的強度、剛度、抗裂性和延伸性。