芳纶碳纤维参数
第七讲-纤维复合材(FRP)加固法
碳纤维加固应用的几种典型方式（柱子抗弯）
碳纤维复合材的应力应变关系
碳纤维复合材设计计算指标
ห้องสมุดไป่ตู้性能项目
单向织物（布）
条形板
高强度I级
高强度II 级
高强度I级
高强度II 级
抗拉强度设计 值ft（MPa）
重要构件 一般构件
1600 2300
1400 2000
1150 1600
1000 1400
弹性模量设计 值Ef（MPa）
重要构件 一般构件
2.3×105
2.0×105
1.6×105
1.4×105
拉应变设计值
f
重要构件 一般构件
0.007 0.01
0.007 0.01
0.007 0.01
0.007 0.01
碳纤维复合材用于混凝土结构加固的条件
• 被加固的混凝土结构构件，其现场实测混凝土强 度等级不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘接强 度不得低于1.5MPa。 • 外贴纤维复合材加固钢筋混凝土结构构件时，应 将纤维受力方式设计成仅承受拉应力作用。
vb 碳纤维箍条强度折减系数； Af 2nf bf tf 同一截面碳纤维箍条断面积； hf 箍条侧面高度； sf 箍条间距。
受弯构件斜截面加固设计计算
受弯构件斜截面加固设计计算
抗剪强度折减系数 vb 值
条带加锚方式
环形箍及 胶锚或钢 加织物压
加锚封闭 板锚 U形 条的一般
箍
箍
U形箍
均布荷载或剪
修补胶的安全性能指标
胶体抗拉强度（MPa）
>30
胶体抗弯强度（MPa）
>40，且不得呈脆性（碎裂状）破 坏
芳纶三比吸能值
芳纶三比吸能值1. 简介芳纶是一种高强度、高模量、耐高温的纤维材料，常用于制作防弹衣、防护服等高性能应用。
芳纶纤维的性能指标之一就是吸能值，该值表示纤维在承受冲击或撞击负荷时能够吸收能量的能力。
芳纶三比吸能值是衡量芳纶纤维抗冲击性能的指标之一，以下将详细介绍芳纶三比吸能值的定义、测试方法以及影响因素。
2. 定义芳纶三比吸能值是指单位质量的芳纶纤维在冲击或撞击负荷下所吸收的能量与该纤维拉伸强度和模量之比。
3. 测试方法3.1 装置芳纶纤维的三比吸能值一般采用冲击试验仪来测试。
冲击试验仪通常包括一个冲击头、一个被试样和一个背夹。
3.2 测试步骤以下是芳纶纤维三比吸能值的测试步骤：1.准备被试样：根据标准规定，切割符合尺寸要求的芳纶纤维样品。
2.安装被试样：将被试样夹入背夹，并确保背夹能够夹紧被试样。
3.调整冲击头：根据被试样的尺寸和要求，调整冲击头的位置和高度。
4.进行冲击测试：开始进行冲击测试，通过冲击头向被试样施加一定的冲击力。
5.记录数据：记录冲击试验过程中的数据，包括冲击负荷和被试样的变形情况。
6.计算三比吸能值：根据冲击试验数据和芳纶纤维的拉伸强度和模量，计算出芳纶纤维的三比吸能值。
4. 影响因素芳纶纤维的三比吸能值受多种因素影响，下面介绍几个主要因素：4.1 纤维结构芳纶纤维的结构特点决定了其抗冲击性能。
纤维的分子结构、链段长度和排列方式等因素会直接影响纤维的吸能值。
4.2 纤维取向芳纶纤维的取向状态也会影响其吸能值。
纤维的取向度越高，纤维中的晶体结构越有序，吸能值越高。
4.3 纤维含水率芳纶纤维的含水率对吸能值也有一定影响。
适量的水分可以提高纤维的柔韧性，增加吸能值。
4.4 外界条件外界条件如温度、湿度等也会对芳纶纤维的吸能值产生影响。
在高温、高湿环境下，纤维的吸能值可能会降低。
5. 应用芳纶纤维的三比吸能值对于一些高性能应用具有重要意义。
在防弹衣、防护服等领域，芳纶纤维的吸能值决定了其能够承受的冲击力和撞击力，进而保护人身安全。
高性能增强材料——芳纶纤维
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。
芳纶纤维
纤维的内部是垂直于 纤维轴的层状结构所 组成，层状结构则由 近似棒状（苯环结构 使它的分子链难于旋 转、不能折叠，又呈 伸展状态形成棒状结 构，因而纤维具有高 模量）纤维的晶粒所 组成，晶粒长度依赖 于分子量。Kevlar49 的平均分子量约为 40000，存在一些贯穿 数层的长晶粒，它们 加强了纤维的轴向强 度，层中的晶粒互相 紧密排列。
聚合物的分子链间由于氢键作用促使分 子链排列得十分紧密，单位体积内可容纳很 多聚合物分子，这种高的密实性使纤维具有 较高的强度。
与此同时，由于苯环内的电子的共轭作 用，使纤维具有化学稳定性。又由于苯环结 构的刚性，使高聚物具有部分晶体的特征， 因此纤维具有高温尺寸稳定性，例如高温下 不致热塑化。并在高温下不发生分解。
2.2.3 耐化学稳定性
除强酸与强碱以外，芳纶几乎不受有机溶剂、油 类的影响。芳纶的湿强度几乎与干强度相等。对饱和 水蒸气的稳定性，比其它有机纤维好。芳纶对紫外线 是比较敏感的。若长期裸露在阳光下，其强度损失很 大，因此应加能阻挡紫外光的保护层。 KevIar纤维表面缺少化学活性基团，用等离子体 空气或氯气处理纤维表面，可使Kevlar纤维表面形成 一些含氧或含氮的官能团，提高表面活性及表面能， 显著地改善对树脂的浸润性和反应性，增加界面粘结 强度。
近晶型
（ii）向列型：棒状分子虽然也平行 排列，但长短不一，不分层次，只有 一维有序性，在外力作用下发生流动 时，棒状分子易沿流动方向取向，并 可流动取向中互相穿越。
向列型
（iii）胆甾型：棒状分子分层平行排列， 在每个单层内分子排列与向列型相似， 相邻两层中分子长轴依次有规则地扭转 一定角度，分子长轴在旋转3600后复原。 两个取向相同的分子层之间的距 离称为胆甾型液晶的螺距。
芳纶III与碳纤维性能特点对比
芳纶III与碳纤维性能特点对比
芳纶III和碳纤维都是国防军工与国民经济发展的重要战略物资，属于技术密集型的关键材料，在航空航天、防弹材料、仪器防舱、电力电信、输送材料、体育用品等领域有广泛应用。
但他们性能特点上有着显著的差异，分别适用于不同的应用要求。
表1为芳纶III纤维与碳纤维的性能比较。
从纤维力学性能数据上来看，中
蓝晨光STARAMID F-3（芳纶III纤维）已超过碳纤维T700的强度，虽弹
性模量与碳纤维T700等碳纤维还存在差距，但芳纶III纤维和碳纤维有很
大的区别，不能简单的比较这些数据。
首先，芳纶纤维是电绝缘的，而碳纤维可以导电。
其次碳纤维虽然强度
较高，但是其破坏属“脆性”破坏，出现结构破坏前没有征兆，而一旦破坏，
就必须更换整个部件。
而芳纶纤维的破坏属“塑性”破坏，也相对容易修复。
此外，碳纤维材料对急剧变化的动载荷的承受力不如芳纶纤维。
例如，“911”事件中，五角大楼刚刚经过改建，在墙体内增加凯夫拉（芳纶1414）层，因此在遭到飞机撞击后，被撞击的楼体出现结构性破坏垮塌的时间要比钢结构的世贸中心晚了35分钟，因此仅有135人伤亡。
因此上述特点决定了碳纤维和芳纶III纤维在国防工业领域中承担着不同的任务。
尽管在高性能纤维增强复合材料领域有来自碳纤维的强有力竞争，但芳纶III及其复合材料具有抗张强度高、韧性好、耐疲劳、抗冲击、透波、易加工等优势使其成为某些领域不可替代的关键材料，如：雷达罩、防弹装甲、高温防护等。
尽管在固体火箭发动机、压力容器、航空复合材料等方面和碳纤维复合材料存在竞争，但目前两者不可能完全互相取代，将来的发展趋势是二者采用混编、交叉铺层等方式混用。
【专业讲堂】一文详细了解芳纶纤维复合材料的性能特点
【专业讲堂】一文详细了解芳纶纤维复合材料的性能特点芳纶纤维（Aramid fiber）全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺"，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，芳纶纤维于1960s由美国杜邦公司（商品名为Kevlar）研发成功并商业化，因此在碳纤维出现之前，芳纶纤维一直占据着高性能纤维市场。
本文首先简述了芳纶纤维发展历程，随后重点针对芳纶纤维复合材料优异特性如高抗冲击、低重量、耐磨等进行了详细描述。
01 芳纶纤维发展简史上世纪60年代，美国杜邦公司全球首家以注册商标Kevlar引进和生产芳纶的公司，自1973年起芳纶纤维就开始在市场上销售。
芳纶是由一位波兰裔女化学家斯特凡妮娅·郭力克发现的，她当时正在进行一项研究，希望在轮胎制造中使用一种重量轻、强度特别强的材料来代替尼龙。
Kevlar纤维发明者——波兰裔女化学家斯特凡妮娅·郭力克如今芳纶复合材料中最有名的是杜邦公司的Kevlar凯夫拉纤维。
随着时间的推移，其他供应商也以不同的商业名称供应芳纶，包括：杜邦公司提供的Nomex、日本帝人公司提供的Twaron和T echnora、韩国T oray公司提供的Arawin、韩国Heracron公司提供的Kolon以及中国公司提供的一些产品。
因此，任何一种叫做Kevlar、Twaron或Nomex的材料实际上都是指芳纶，它具有特殊的性能，包括优异的抗冲击和耐磨性、耐高温性以及低重量。
由于这些特性，这种材料经常用于陆军、空军、水上运动和汽车运动，以及轮胎、服装和防护手套的制造和许多其他用途。
芳纶纤维材质防护手套02 芳纶纤维复合材料特点2.1 高抗冲击性和抗裂性芳纶纤维具有优异的抗冲击性能，并且由于其坚韧且可吸收大量能量而在压力下不会破裂。
它广泛用于制造防弹背心、船只、皮艇以及军用车辆部件的装甲。
芳纶纤维复合材料的抗冲击性能是碳纤维复合材料的5倍（采用落锤冲击方法测试）。
碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维加固钢筋混凝土的性能比较
的外 观 是 白色 ，抗 拉 强 度 １ ５００～３ ５００ ＭＰａ，比 重 为 ２．５— 土未 被 压 碎 。
２．６，弹性 模 量较 低 。在 加 固 钢 筋 混凝 土 梁 时 ，对 提 高 刚 度 的
ＦＲＰ加固梁 的开裂 荷 载 ，屈服 荷载 和极 限荷载 列于表
贡献不大，另外 ，玻璃不能抗酸腐蚀 ，在较高的持续 荷载作用 ４，极 限 承 载能 力 的增 加 从 一 层 碳 纤 维 的 ２８％ 到 ３层 玻 璃 纤 下 ，它 可 能过 早 地 出 现 徐 变 破 坏 。所 以 建 议 ，设 计 强 度 限定 维 的 ７８％ ，可 以看 出 ，多 层 ＦｌＩＰ对 提 高屈 服 后 的承 载 能 力 有
３ 实验 结 果 讨 论 ３．１ 承 载 能 力 和破 环模 式
各种 ＦＲＰ加 固梁 的承 载 能 力 及 破 环 模 式 见 表 ３。所 有 加固梁 的破环均始于 ＦＲＰ的开胶 。开胶 多发 生在跨 中。钢
格 便宜 。从经 济、技术方面综合考虑是一种可取 的材料 。它 筋屈服后 ，在跨 中附近 的的裂缝处出现开胶 ，导致破坏 ，混凝
为 强度 的 ３０％ 。
重要作用 ，在设计 时采 用 了折减系数进行计 算 ，即使 有开胶
芳 纶 纤 维 增 强 聚 合 物 （ＡＦＰｄ＇）为 黄 色 ，比 重 为 】．４ — 现 象 的发 生 ，设计 仍 偏 于保 守 。
收 稿 日期 ：２０１０—０９—１７ 作者 简 介 ：路 建 印 （１９７５一），男 ，河 北 省邯 郸人 ，工 程 师 ，主要 从 事 高 等级 公 路 养护 工 作 。
面粘 贴 某 种加 固材 料 。 用 纤 维 增 强 聚合 物 （ＦＲＰ）作 为 加 固
在 相 同条 件 下 才 能 对 各 种 纤 维 进 行 对 比 ，为 此 ，制 作 了
混杂比对交织芳纶碳纤维复合材料力学性能的影响
第35卷第5期2021年5月Vol.35,No.5May,2021中国塑料CHINA PLASTICS混杂比对交织芳纶碳纤维复合材料力学性能的影响杨莉，陈缘，丁峰,徐珍珍(安徽工程大学纺织服装学院，安徽芜湖241000)摘要：为了分析混杂比对层内混杂复合材料力学性能的影响，利用交织方式制备芳纶碳纤维混杂增强体织物，并通过交织物纬纱系统中芳纶与碳纤维的纱线配置比例调整碳纤维在增强体结构中的混杂比。
采用真空辅助成型技术制备层内混杂结构的芳纶碳纤维混杂(ACFH)复合材料，并对复合材料的拉伸性能、弯曲性能和冲击性能进行测试。
结果表明，增强体纬向系统中芳纶与碳纤维的不均质性对ACFC复合材料经方向上的拉伸强度起消极作用;混杂比的增加对ACFC 复合材料的纬向拉伸破坏和弯曲损伤具有抑制作用;纬向上,ACFC复合材料的拉伸强度最高提高了近6倍,弯曲强度最小增加了4.04倍;芳纶与碳纤维混杂协同作用有利于ACFC复合材料的抗冲击性能改善，且混杂比存在最佳值。
关键词：碳纤维;芳纶纤维;混杂复合材料;力学性能中图分类号：TQ321.2文章编号:1001-9278(2021)05-0040-07DOI：10.19491/j.issn.1001-927&2021.05.007Influence of Hybrid Ratio on Mechanical Properties of Aramid/Carbon Hybrid Fiber Composites with Interwoven StructureYANG Li,CHEN Yuan,DING Feng,XU Zhenzhen(Department of Textiles and Apparel,Anhui Polytechnic University Wuhu,Anhui241000,China)Abstract：To analyze the effect of hybrid ratio on the mechanical properties of intralayer hybrid composites,an aramid/ carbon fiber-hybrid-reinforced fabric was prepared by interweave,and the blending ratio of carbon fiber in the reinforcement structure was adjusted by the ratio of aramid fiber to carbon fiber in the weft yam system.The aramid/carbon fiber-reinforced epoxy composites with a hybrid structure were prepared by vacuum assisted molding,and their tensile,flexural and impact properties were investigated.The results indicated that the heterogeneity of aramid and carbon fibers in the latitudinal reinforcement system had a negative effect on the tensile strength of the composites in the warp direction.The increase of hybrid ratio could inhibit the tensile and bending damage of the composites.In the weft direction,the tensile strength and bending strength of the composites increased by6and4.04times.The synergistic effect of aramid and cai^ bon fibers leads to an improvement in the impact resistance of the composites as well as an optimal hybrid ratio.Key words:carbon fiber；aramid fiber；hybrid composite;mechanical property0前言混杂纤维增强复合材料的概念最早是由日本的Hayashi提出的，旨在通过由2种或2种以上的增强纤维混杂达到弥补单一增强纤维存在的缺点和不足切。
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芳纶浆粕主要性能指标
由芳纶长纤维为原料，采用特殊工艺加工成链状纤维，再经真空高温处理，使其表面呈蓬松毛羽状，沿纤维轴向排列许多微原纤，形成很大的表面积，具有良好的吸附性，能很好的与树脂及填料湿润结合，具有质地柔软，密度小，高强，高模及耐高温等特点。
另外在摩擦材料中还有硬度低，制动噪音低，不损伤制动对偶，抗冲击，摩擦系数稳定，磨损率低，强度高等优点。
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碳纤维短丝主要性能指标
采用聚丙稀腈基碳纤维长丝，经过筛选，整形，变性后短切为2-10mm的短纤维，在真空状态下经1800℃高温处理而成，主要用于土木建筑及工程塑料，特别是在摩擦密封材料中，已得到广泛的应用。
本产品具有强度高、比重低、耐酸碱、耐磨、耐高温等优良的性能。
如土木建筑中的碳纤维增强水泥，耐磨铺地材料，帘墙板，防腐蚀涂层，工程塑料中的复合管、板、棒；显示器玻壳；摩擦密封材料的汽车刹车片，离合器片，火车制动瓦以及特种密封等领域。
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