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關(guān)鍵詞 危舊橋梁;維修;加固
中圖分類號U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708(2013)91-0103-02
公路橋梁是跨越溝壑、河流、道路、鐵路暴露在大自然中的構(gòu)造物,由于受到環(huán)境影響,使大氣中的有害物質(zhì)及易腐蝕的物質(zhì)侵蝕混凝土構(gòu)件。又因近幾年工業(yè)的發(fā)展,車輛急劇增重,且排放高腐蝕廢氣,再加上亂采砂石,使橋梁耐久能力受到更嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。造成部分橋梁荷載降低,技術(shù)狀況下降,使用壽命減弱。舊橋維修加固,提高承載能力,確保橋梁的安全運(yùn)營是目前和今后面臨的任務(wù)。本文論述了我段目前橋梁存在的問題和采取的加固措施。
1 碳纖維布加固概述
碳纖維材料用于舊橋加固修補(bǔ)在我國技術(shù)起步比較晚。但隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展,現(xiàn)有橋梁中有相當(dāng)一部分由于當(dāng)時(shí)車輛載重小、設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)低等原因,難以滿足當(dāng)前規(guī)范使用的需求,碳纖維加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)作為一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)快速發(fā)展起來。碳纖維布它具有高強(qiáng)度、重量輕、高耐久性(防銹性)等特性,粘貼在即有的混凝土構(gòu)造物的梁、柱、梁板等受彎曲受拉面的表面,提高補(bǔ)修構(gòu)造物的強(qiáng)度、耐力,改善構(gòu)造物的耐震性能和耐久性能。
2 施工工藝和方法
2.1主要材料及其性能
2.1.1碳纖維布
粘貼單層碳纖維布的單位面積碳纖維質(zhì)量一般為了200g/m2~300 g/m2,不宜低于150g/m2,且不宜高于450g/m2。
2.1.2粘結(jié)材料
粘貼用底膠和粘浸膠是粘貼碳纖維布的專用膠,它是一種雙組份、100%固含量、高強(qiáng)度、不流淌、觸變型粘合劑。
2.2 主要施工工序
施工準(zhǔn)備放設(shè)施工線 灌縫處理 刷抹漆底膠粘貼碳纖維布 表面養(yǎng)護(hù)涂刷碳纖維專用膠。
2.2.1灌縫
灌縫是用一種相對流動(dòng)好、灌入深、凝結(jié)時(shí)間短、粘接好的專用膠對混凝土構(gòu)件進(jìn)行填充,從而加強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的一種施工工藝。它的作用是對混凝土構(gòu)件裂縫進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),對混凝土的內(nèi)部進(jìn)行加固,它可以防止混凝土構(gòu)件內(nèi)部鋼筋的銹蝕及氧化??梢詮V泛應(yīng)用在橋涵的加固處理中。
1)施工準(zhǔn)備(原材料封縫膠、灌縫膠的配制,灌縫膠采用成品進(jìn)口膠,分主劑與固化劑,重量比4:1摻配);
2)清理及化學(xué)清洗(沿縫寬每側(cè)2cm~4cm、剔除粉刷層及其他面層,用丙酮清洗);
3)埋設(shè)注膠設(shè)備(專用注膠嘴);
4)封堵裂縫(用配制好的封縫膠對裂縫進(jìn)行封堵);
5)注膠(專用注膠器注入灌縫膠);
6)養(yǎng)護(hù);
7)除去注膠嘴等。
2.2.2刷抹漆底膠
1)施工準(zhǔn)備(準(zhǔn)備好將使用的材料及機(jī)具,漆底膠采用成品進(jìn)口膠,分主劑與硬化劑,重量比2:1摻配);
2)表面處理。清除被加固混凝土構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土。將混凝土表面處理干凈,并使表面保持絕對干燥;
3)找平處理。采用專用碳纖維找平膠對混凝土表面凹陷部位填補(bǔ)平整,并在找平材料表面指觸干燥后盡快進(jìn)行下一道工序;
4)涂刷碳纖維底膠。采用特制滾筒刷將面膠均勻涂抹于所要粘貼部位。
2.2.3粘貼碳纖維布
1)按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布;
2)粘貼碳纖維布時(shí)間控制在涂刷面膠2h~3h后進(jìn)行;
3)粘貼碳纖維布時(shí),使用器具沿著纖維方向在碳纖維片上多次滾壓,擠除氣泡,以確保浸漬膠均勻地充分滲浸入碳纖維片的碳纖維束中。在滾壓時(shí)注意不可損傷碳纖維布;
4)涂刷碳纖維面膠
待碳纖維布粘貼完大約1h左右后在碳纖維布的表面均勻涂抹一層面膠。
3優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)
3.1優(yōu)點(diǎn)
1)施工簡便迅速,無需模板、夾具、支撐等;
2)不增加結(jié)構(gòu)重量,碳纖維片重量200g/m.~300g/m,設(shè)計(jì)厚度0.1l1mm~0.167mm,加上環(huán)氧樹脂的重量也很輕,對結(jié)構(gòu)自重影響可忽略不計(jì);
3)能適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)外形的補(bǔ)強(qiáng);
4)可以多層粘貼??筛鶕?jù)設(shè)計(jì)要求,在一個(gè)部位重疊粘貼;
5)具有良好的耐腐蝕性,壽命較長,可以在不利環(huán)境下使用,并便于養(yǎng)護(hù)。
3.2缺點(diǎn)
其會(huì)影響到受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)及其延性,而且目前的材料價(jià)格仍然偏高,應(yīng)在考慮各項(xiàng)綜合因素以后,慎重選用。
4 碳纖維加固工程實(shí)例
我段管養(yǎng)的G312 K3319+825柳星橋2、K3374+321紅柳河中橋等橋梁經(jīng)過碳纖維布加固后,鋼筋砼梁的極限荷載及抗彎剛度等都得到了較好的改善。碳纖維布粘貼在危舊橋梁承重構(gòu)件表面,使兩者能夠共同工作,較好的提高了危舊橋的抗彎、抗剪能力。兩橋梁經(jīng)過該措施加固后提高了梁體自身承載力也解決了病害,同時(shí)加強(qiáng)了橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度和耐久性,限制了危舊橋病害的繼續(xù)發(fā)展,達(dá)到了維修加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。
總之,公路危舊橋梁養(yǎng)護(hù)維修、加固改造,是一門新型的技術(shù)學(xué)科,從我們已實(shí)施的橋梁加固方案來看,實(shí)現(xiàn)即經(jīng)濟(jì)、又合理、節(jié)約費(fèi)用,效果是明顯的,但在今后的公路危舊橋梁養(yǎng)護(hù)維修、加固改造中,仍然還有很多值得我們在研究、在學(xué)習(xí)、在探討,隨著國內(nèi)橋梁維修加固新技術(shù)、新工藝、新材料的不斷出現(xiàn),橋梁維修加固改造技術(shù)也將更加完善,方法更加合理,來提高公路危舊橋梁使用壽命,確保橋梁安全暢通,為社會(huì)提供安全的通行條件。
參考文獻(xiàn)
[1]《公路橋梁加固技術(shù)規(guī)范》人民交通出版社2008-8-2中華人民共和國交通運(yùn)輸部.
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[3]王建環(huán).碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在工程加固過程中的應(yīng)用[J].治淮,2009(10).
碳纖維的材料性質(zhì):
碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)過一系列熱處理轉(zhuǎn)化而成,含碳量高于百分之九十的無機(jī)高性能纖維,是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料,具有碳材料的固有本性特征,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工型,是新一代增強(qiáng)纖維。
碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維,其含碳量隨種類不同而異,碳纖維具有一般碳素材料的特性,如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等,但與一般碳素材料不同的是,其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物,沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小,因此有很高的比強(qiáng)度。
碳纖維是由含碳量較高,在熱處理過程中不熔融的人造化學(xué)纖維,經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。
(來源:文章屋網(wǎng) )
〔關(guān)鍵詞〕碳纖維布;樓宇改造;加固工程;應(yīng)用;技術(shù)特點(diǎn)
碳纖維布加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑,將碳纖維布粘貼在墻體或混凝土構(gòu)件表面,使兩者共同工作,有效提高構(gòu)件的極限承載力和改善構(gòu)件的變形性能,采用合理的粘貼構(gòu)造和錨固措施,以達(dá)到效好的加固效果,在國外及內(nèi)地經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)已廣為應(yīng)用。隨著我區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和建筑事業(yè)的飛速發(fā)展,現(xiàn)有建筑中有部分由于原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)低,一些建筑使用功能的改變,難以滿足當(dāng)前規(guī)范使用的需求,需進(jìn)行維修加固補(bǔ)強(qiáng),碳纖維加固修補(bǔ)技術(shù)也因?yàn)槠洫?dú)特的優(yōu)勢逐漸得以推廣。工程概況
該商場原為市場、辦公一體的綜合樓宇,一~三層為綜合性批發(fā)市場,四層為辦公區(qū)?,F(xiàn)市場需要,將四樓辦公區(qū)改為批發(fā)市場。需在三樓頂板進(jìn)行鋼筋砼板梁切割,用切割機(jī)進(jìn)行分塊切割出6100mm×9000mm的洞口,加設(shè)一部扶梯;另分塊切割出3處4000mm×4000mm的洞口,增加三個(gè)行人樓梯。因樓面大面積開洞、四樓使用功能變化,導(dǎo)致樓層結(jié)構(gòu)、荷載發(fā)生改變。經(jīng)設(shè)計(jì)和計(jì)算,需對開孔周邊的鋼筋混凝土樓板、梁、柱進(jìn)行碳纖維加固。而根據(jù)商場的實(shí)際經(jīng)營情況,在進(jìn)行粘貼碳纖維布加固工程中,采取局部封閉,不影響一~三層市場的正常營業(yè)。
一、 本工程使用由瑞士Sika公司生產(chǎn)的SikaWrap-301C碳纖維布和Sikadur-330浸漬樹脂,它們的主要技術(shù)參數(shù)分別為:
1、 SikaWrap-301C碳纖維布:
單位面積重量300g/m2±5%
纖維布設(shè)計(jì)厚度0.17mm(基于含碳總量)
纖維拉伸強(qiáng)度4900N/mm2(額定)
纖維拉伸模量E230.000N/mm2(額定)
纖維布長度50m/卷
纖維寬度500mm
2、 Sikadur-330浸漬樹脂
顏 色組份A:白色,組份B:灰色
拉伸強(qiáng)度固化:+230C下,7天:30N/mm2
彎曲模量E 固化:+230C下,7天:3800N/mm2
密度(200C)1.31kg/L(組份A+B混合)
二、 施工流程與現(xiàn)場施工方法
碳纖維加固施工流程為:混凝土基底修補(bǔ)、打磨處理涂刷底層樹脂、對不平整處進(jìn)行找平處理涂涮浸漬樹脂粘貼碳纖維布表面進(jìn)行防護(hù)處理。
3、1混凝土基底修補(bǔ)、打磨處理
(1)表面裂縫及孔洞處理。采用碳纖維膠粘結(jié)劑進(jìn)行修補(bǔ)充密實(shí)。
(2)將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈、對經(jīng)剔鑿、清除和露筋的構(gòu)件殘缺部分,用專用黏結(jié)進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原。
(3)將構(gòu)件表面沿碳纖維粘貼結(jié)合面打磨平整,要求平整度應(yīng)達(dá)到5mm/m,保證修復(fù)后的段差要盡量平順;棱角的部位,用磨光機(jī)磨成圓角,圓角半徑須≥20mm。
(4)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面打磨后,用壓縮空氣將表面灰塵和雜物清理掉,清洗殘留粉塵,并使表面充分干燥。
3、2涂刷底層樹脂、對不平整處進(jìn)行找平處理
(1)用滾筒刷均勻地將底層涂料刷于混凝土表面,指觸干燥后才能進(jìn)行下一道工序的施工。底層涂料指觸干燥或固化后,表面上的凸起部分要用砂布或角磨機(jī)磨平并清洗去塵。
(2)構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用粘結(jié)劑填平,內(nèi)角(段差、起拱等)要用粘結(jié)劑填補(bǔ),使之平順。膩?zhàn)油抗魏螅砻嫒栽诘陌纪共诩y的,應(yīng)再用砂紙打磨平整。
3.3涂刷浸漬樹脂
把浸漬樹脂按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確,裝入容器用攪拌器均勻攪拌。一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完。
3.4粘貼碳纖維布
(1)按設(shè)計(jì)尺寸裁減碳纖維布,纖維順長方向碳纖維布的接頭必須搭接10cm以上。該部位應(yīng)多涂粘結(jié)劑,在碳纖維布寬度方向不需要搭接。
(2)將裁剪好的碳纖維織物敷在涂好粘結(jié)劑的基層上,貼碳纖維布前用滾簡刷均勻地涂抹粘貼用粘貼劑,稱為下涂。貼碳纖維布時(shí),在碳纖維布和樹脂之間盡量不要有空氣??捎锰刂茲L簡沿著纖維方向在碳纖維布上滾壓多次,使樹脂滲浸進(jìn)纖維中并擠除氣泡。滾壓時(shí)要小心操作,不得損傷碳纖維布。
(3)碳纖維布粘貼施工完畢30分鐘后,在用滾簡刷在表面均勻涂抹粘貼用粘結(jié)劑,使粘結(jié)劑能充分滲透到碳纖維里面,稱為上涂。
(4)第二層碳纖維布粘貼則重復(fù)一層步驟,并保證底層粘貼的碳纖維布上涂黏結(jié)劑已指觸干燥,才能粘貼第二層。
(5)第二層碳纖維織物的表面應(yīng)均勻涂抹一道粘結(jié)劑應(yīng)涂刷均勻、周邊整齊。
粘貼碳纖維布,按照《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS146:2003的要求進(jìn)行操作。
3.5表面進(jìn)行防護(hù)處理
碳纖維布施工后,按設(shè)計(jì)要求做表面防護(hù),要保證防護(hù)材料與碳纖維布之間有可靠的粘結(jié)(要求粘結(jié)材料的正拉粘結(jié)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求)。加固完成后按《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)及驗(yàn)收。
該工程于2009年7月動(dòng)工,在不影響市場的正常營業(yè)情況下,于2009年9月順利的完成了樓宇加固改造工程,并已驗(yàn)收合格。
通過本工程實(shí)例,碳纖維布加固技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)如下:
1、抗拉強(qiáng)度高,是同等截面鋼材的7-10倍,可大幅度提高構(gòu)件的承載能力、抗震性能。
2、自身重量輕,不增加加固構(gòu)件的體積和自重,不影響建筑物的使用功能。
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、表面恢復(fù)處理方便,省力節(jié)時(shí)、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(jìn)行加固,并且不受建筑物的造型限制。
當(dāng)然,在碳纖維布加固工程中,我們還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
1、碳纖維布材料導(dǎo)電性能強(qiáng)、防火性能差,所以施工過程中,一定要做好現(xiàn)場的防火、防電工作,避免造成不必要的損失。
2、因?yàn)樘祭w維材料的應(yīng)用日益廣泛,內(nèi)地各種生產(chǎn)廠家也不斷增加,生產(chǎn)出來的產(chǎn)品也良莠不齊,所以我們在使用材料時(shí),一定要根據(jù)設(shè)計(jì)院所提供的對碳纖維布的技術(shù)指標(biāo),選擇經(jīng)過國家檢測機(jī)構(gòu)檢測合格、符合設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品。
3、碳纖維布起到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的關(guān)鍵在于它與原有建筑的粘結(jié)上,高強(qiáng)度粘結(jié)劑的質(zhì)量直接影響到加固工程的安全,而且不同廠家的粘結(jié)劑還存在著與碳纖維布是否適配的問題。所以,我們在選擇材料時(shí)一定要選擇,由專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)認(rèn)定的適配性檢測合格的產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞:碳纖維;復(fù)合材料;應(yīng)用
0 前言
碳纖維復(fù)合材料自20世紀(jì)50年代面世以來,以其獨(dú)特的性能,主要用于火箭、航天、航空等尖端科學(xué)技術(shù),隨著碳纖維復(fù)合材料性能的不斷完善和提高,目前在土木工程、航空航天、石油化工、交通運(yùn)輸、體育產(chǎn)品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
1 碳纖維復(fù)合材料的性能
碳纖維是由碳元素組成的特種纖維,其含碳量一般在90%以上。碳纖維材料有其獨(dú)特的性能,包括:強(qiáng)度高,是鋼鐵的5倍;耐熱性好,可以承受2000℃以上的高溫;密度小,是鋼鐵的1/5;熱膨脹系數(shù)低,在溫差變化較大的情況下,變形量較低;抗熱沖擊性能也很好;耐腐蝕性能好,能耐硫酸等強(qiáng)酸的腐蝕;抗拉強(qiáng)度好,能達(dá)到鋼的7~9倍。
2 碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用
2.1 土木建筑領(lǐng)域的應(yīng)用
水泥在土木建材領(lǐng)域中用量最大,但水泥也有諸如脆性大、抗拉強(qiáng)度低等缺點(diǎn),而現(xiàn)在用混凝土或水泥做基體制成的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,克服了水泥強(qiáng)度低、在混凝土中易開裂、易受到氯鹽、硫酸鹽等侵蝕的缺點(diǎn),在冬季及寒冷地區(qū)有很大的應(yīng)用空間。在大型建筑中,鋼筋的使用量相當(dāng)驚人,國家體育場“鳥巢”的鋼筋綁扎量達(dá)到5.2萬噸,施工量大,運(yùn)輸、安裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力,如果采用自身較輕的碳纖維,可以大大降低建筑結(jié)構(gòu)的重量,方便施工,減少安裝時(shí)間,降低施工周期[1]。用碳纖維和樹脂制成的碳纖維復(fù)合材料片,拉伸模量高、拉伸強(qiáng)度大,廣泛應(yīng)用于加固受損的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物[2],用在石油平臺上可使石油平臺壁的耐沖擊性能大大增強(qiáng)。
2.2 航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
航空工業(yè)最早大量采用碳纖維復(fù)合材料。在航空工業(yè)中,飛行器的質(zhì)量輕,就意味著油耗的降低,速度的加快,碳纖維強(qiáng)度高、密度低、變形量低的特點(diǎn)決定了碳纖維是理想的航空材料。美國波音公司的787飛機(jī),機(jī)體大量采用碳纖維材料,質(zhì)量比傳統(tǒng)的鋁合金機(jī)體減輕近20%,耗油量大大降低,碳排放量每年可減少2700噸,被譽(yù)為“綠色客機(jī)”。歐洲空客公司A380客機(jī)上的機(jī)艙內(nèi)壁板、后機(jī)身蒙皮、水平安定面等都由碳纖維復(fù)合材料制成。美國的“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)、法國的“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)、歐洲的“臺風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)都大量使用碳纖維復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料在航空工業(yè)上有著巨大的應(yīng)用潛力[3]。
碳纖維復(fù)合材料可以減輕火箭和導(dǎo)彈的重量,加大火箭和導(dǎo)彈的射程,提高落點(diǎn)的精度[4]。美國的戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈和三叉戟-2型導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體采用的就是碳纖維復(fù)合材料。我國早在上世紀(jì)八十年代就在某型海防導(dǎo)彈上成功采用了碳纖維復(fù)合材料,使導(dǎo)彈的射程增大?!疤鞂m一號”上的相機(jī)支架組件就是采用了由哈爾濱玻璃鋼研究院研制的碳纖維復(fù)合材料。人造衛(wèi)星展開式太陽能電池板也多采用碳纖維復(fù)合材料制作。目前碳纖維復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)隱身材料也已經(jīng)得到了某些應(yīng)用[5]。
2.3 石油工業(yè)的應(yīng)用
美國經(jīng)過多年的努力,在20世紀(jì)90年代初研制成功了碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿,試驗(yàn)結(jié)果表明: 碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿克服了普通鋼抽油桿質(zhì)量大、能耗高、失效次數(shù)多、活塞效應(yīng)大、作業(yè)速度慢、易磨損的缺點(diǎn),是一種很有發(fā)展前途的特種抽油桿[6]。近來亞洲第一大石油公司中國石油天然氣股份有限公司計(jì)劃大力發(fā)展碳纖維產(chǎn)業(yè),拓寬碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域,不斷向高端市場延伸,特別是海上鉆井平臺,目前每個(gè)平臺要使用鋼材8萬噸,如果改用復(fù)合材料,則每個(gè)平臺僅消耗1.3萬噸的碳纖維復(fù)合材料。深海油氣田將是碳纖維復(fù)合材料發(fā)揮作用的重要領(lǐng)域。
2.4 汽車工業(yè)、高速列車及體育用品中的應(yīng)用
碳纖維擴(kuò)大應(yīng)用的最大希望在于在汽車工業(yè)的應(yīng)用。在汽車車身、零部件中使用碳纖維復(fù)合材料,不但可以降低汽車的重量,而且可以更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保,降低油耗。洛克希德馬丁能源研究所(Lockheed martin Energy Research)的瓦倫(David Warren)統(tǒng)計(jì)過,如果每一輛北美的汽車用2.2kg碳纖維,那北美1800萬輛小車的碳纖維總量就超過當(dāng)前全球大絲束碳纖維總生產(chǎn)能力的4倍[7]。美國通用汽車公司和帝人公司日前宣布將聯(lián)合研制應(yīng)用在汽車上的先進(jìn)碳纖維復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料剎車片主要用于高速列車,是碳纖維復(fù)合材料的又一重要應(yīng)用。日本、法國已經(jīng)成功地將碳纖維復(fù)合材料剎車片應(yīng)用于新干線和TGV高速列車制動(dòng),德國Knoor Bremse公司也研制出了高速列車用碳纖維復(fù)合材料盤型制動(dòng)器。隨著我國高速列車的飛速發(fā)展,碳纖維復(fù)合材料剎車片有著廣闊的發(fā)展空間。碳纖維復(fù)合材料在運(yùn)動(dòng)器材中也得到了廣泛應(yīng)用。包括高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、滑雪板、釣魚竿、自行車架、冰球拍、船槳、賽艇等,都已經(jīng)形成了成熟的市場。
3 結(jié)語
目前我國碳纖維復(fù)合材料發(fā)展迅速,在大飛機(jī)、高速列車等項(xiàng)目上都有著巨大的需求,但我國碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展與發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距,碳纖維復(fù)合材料還需要大量進(jìn)口,在碳纖維的低成本上和復(fù)合材料成型技術(shù)上我們還要花很大的力氣。
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蘭博基尼在2018年量產(chǎn)其首款SUV Urus,為保持強(qiáng)悍的跑車性能,Urus將采用大量的碳纖維結(jié)構(gòu)部件降低車重。這種新的碳纖維制造技術(shù)有別于目前大量應(yīng)用的碳纖維編織布+樹脂的制造流程,它可以大量且高效的流水化生產(chǎn),為蘭博基尼量產(chǎn)全新車型打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
這種技術(shù)被命名為碳纖維鍛造復(fù)合材料,它的優(yōu)勢很多:可以適用復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)、節(jié)省制造時(shí)間并降低原材料成本。這項(xiàng)技術(shù)在2010年首先開始應(yīng)用,經(jīng)過6年的技術(shù)積累,現(xiàn)在可以開展大規(guī)?;纳a(chǎn)。目前蘭博基尼已和日本三菱麗陽株式會(huì)社深度合作,共同開發(fā)碳纖維鍛造技術(shù)并將應(yīng)用到全新車型上。
這種新的碳纖維復(fù)合材料是根據(jù)模具沖壓而成:模具中加入碳纖維和樹脂之后由液壓機(jī)鍛壓成型,所以極大減少了生產(chǎn)時(shí)間。
碳纖維鍛造復(fù)合材料是如何降低成本的?
首先是原材料成本,碳纖維鍛造復(fù)合材料應(yīng)用的是短纖維原材料(你可以理解為是傳統(tǒng)碳纖維編織布的邊角料,成本自然低)。其次是制造的時(shí)間成本,傳統(tǒng)長纖維材料需要進(jìn)行各個(gè)方向的編制才能獲得均勻的強(qiáng)度要求,而碎片式的短纖維則不存在這個(gè)問題,只要均勻分布就可以。而且由于運(yùn)用了短纖維,可以應(yīng)用在非常復(fù)雜的幾何模具中,便于大規(guī)模的流水線制造,以及蘭博基尼式的鋒利線條。
與目前流行的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)相比,新的鍛造制造技術(shù)有著相同的機(jī)械強(qiáng)度,它完全可以勝任制造車體結(jié)構(gòu)。而用此技術(shù)生產(chǎn)的內(nèi)飾零件則會(huì)有特殊的花紋與觸覺,能帶給人更多的神秘與科技感。