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浅谈芳纶纤维相比与碳纤维的优势

来源:     时间:2020-05-13 点击数:

        目前在新型复合材料领域,芳纶纤维和碳纤维都是应用极其广泛的原材料。两者虽都具有极高的拉伸强度和模量,不过在

性能和用途方面都有许多不同,那么区别体现在哪些方面呢?


       

        碳纤维是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维,具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性,外形呈纤维状、柔

软、可加工成各种织物,。用途上主要做成增强复合材料用于飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以

及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板等高科技产品材料。


        芳纶是一种新型高科技合成纤维,同样具有具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能。在560℃的

温度下,不分解,不融化,具有良好的绝缘性和抗老化性能,也具有很长的生命周期。芳纶纤维是非常重要的国防军工材料,

非常适应现代战争的需要,其他还广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。目前,芳纶产

品用于防弹衣、头盔等约占7~8%,航空航天材料、体育用材料大约占40%;轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左

右,还有高强绳索等方面大约占 13%。


        两者虽是目前最流行的增强材料,但其性能上还是有些差距的,主要表现在

1.在力学性能上,芳纶拉伸强度可达2815Mpa,弹性模量126Gpa,断裂延伸率2.5%,密度1.44g/cm^3,相对于碳纤维地强

度稍稍逊色了一些,但是芳纶地显著特点在与抗冲击,具有更高的延展率,而且重量更轻。


2.稳定性方面,芳纶具有非常良好的热稳定性,在高温作用下可以直至分解也不发生变形,能长期在180℃下使用,在150℃

下作用一周强度和模量都不发生变化,热膨胀系数为-2x10^-6,相比芳纶,碳纤维的热稳定性也同样优越。


3.热化学性能上,芳纶具有良好的耐介质性能,对中性化学药品的抵抗力很强,但是易受强碱强酸的侵蚀,这点相比于碳纤

维的热化学性能,还是略逊一筹。



       但是相比于碳纤维,芳纶纤维还具有其他优点:

1.芳纶纤维不导电,在用于类似于混凝土结构补强,完全不用考虑类似于必须与钢筋隔离等限制。

2.碳纤维抗剪程度低且易折断,施工倒角半径不得少于20mm,芳纶仅需一半(10mm)即可。

3.芳纶的弹性优势在于更能承受动载和局部冲击力,在施工的可操作性方面芳纶无疑是最合适的材料。

4.碳纤维加固后的破坏模式是脆性,没有明显征兆,因而作为结构设计,必须采用较大的安全系数。而芳纶纤维布的弹模低、

延伸率大,通过实验证明,已经破坏的素混凝土构件用芳纶布外包补强后,再次加载,其破坏过程依然是塑性的。



        综上,相比于碳纤维,芳纶的强度和化学性稍逊一筹,但是其其他特性则拓展了应用领域。比如芳纶纤维不导电,因此

在地铁、工业厂房等用电设备较多的结构中,使用碳纤维布显然是不太合适,此外,碳纤维用于混凝土结构补强时,务必保

证其与钢筋隔离以防止电化学腐蚀,而使用芳纶纤维则不受此条件限制。另外碳纤维可用于荷载较为稳定的房屋加固领域。

而对于承受动载和局部冲击作用,进行延性补强,用于震动频繁的道桥领域,芳纶纤维材料无疑是最好的选择。



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