碳纤维增强热塑性复合材料研究进展

系统介绍了碳纤维增强热塑性复合材料的研究进展,包括界面改性（物理改性和化学改性）、结构设计（仿生结构、三维编织结构和机械结构）和成型工艺（树脂传递模塑成型、自动铺放成型、长纤维增强热塑性树脂成型工艺、热压成型和3D打印成型）。最后,介绍了碳纤维增强热塑性复合材料在运载行业的应用和发展情况,并对其未来发展情况进行了展望。     

预应力CFRP加固混凝土梁抗弯承载力分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有高强、质轻、工艺优和耐腐蚀等优点,在混凝土结构加固领域的应用日趋广泛。本文对预应力碳纤维布加固混凝土梁的受弯承载力进行了初步分析,提出了碳纤维布预应力加固后构件抗弯承载力的计算公式。分析与试验结果表明,与非预应力结构相比,预应力CFRP加固混凝土结构可有效利用碳纤维材料高强度的特性,构件的抗弯承载力和刚度得到进一步提高。     

预应力CFRP加固混凝土梁抗弯承载力分析

碳纤维增强复合材料（CFRP）具有高强、质轻、工艺优和耐腐蚀等优点，在混凝土结构加固领域的应用日趋广泛。本文对预应力碳纤维布加固混凝土梁的受弯承载力进行了初步分析，提出了碳纤维布预应力加固后构件抗弯承载力的计算公式。分析与试验结果表明，与非预应力结构相比，预应力CFRP加固混凝土结构可有效利用碳纤维材料高强度的特性，构件的抗弯承载力和刚度得到进一步提高。     

拉挤工艺成型连续纤维增强热塑性FRP的性能与应用研究

目前,混凝土结构加固普遍采用纤维增强热固性复合材料,它不仅整体柔韧性较差,破坏没有预兆,界面粘结性能差,而且污染环境.选择国产高性能热塑性工程树脂和高强芳纶纤维、碳纤维及混杂纤维,采用连续在线熔融浸渍技术和连续拉挤成型工艺,分别制备了热塑性树脂基CFRP,AFRP,HFRP片材试件,并对其进行相关力学性能分析,得出热塑性复合片材达到现有加固材料指标.     

碳纤维-热塑性复合材料三维打印及其自监测

为改善热塑性材料三维打印结构件的力学性能,并对其所受应力应变状态进行实时自监测,提出一种连续碳纤维-热塑性复合材料(CFTC)并联臂三维打印技术,并基于碳纤维压阻效应开展打印结构自感知特性相关研究.以东丽T300B-3000-40B连续碳纤维丝和直径为1.75mm的聚乳酸(PLA)丝为例,通过实验确定最优打印工艺参数范围;制备CFTC试样并对其进行强度测试;针对结构件常见承载形式,研究CFTC试样在轴向拉伸和三点弯曲2种状态下的自感知特性.三维打印CFTC试样比纯PLA试样具有更高的强度,最大拉伸强度提高了540%以上;所打印的CFTC试样具有良好的自感知特性,拉应变灵敏度均值为3.148,弯曲应变灵敏度均值为1.31,线性相关系数大于0.94;研究结果为高强度自感知智能结构件的制造提供了一种新的技术方法.     

碳纤维布加固的钢筋砼吊车梁的抗弯疲劳性能

为研究碳纤维布(CFRP)对加固后钢筋混凝土梁的抗弯疲劳性能的影响,进行了三根CFRP加固梁及一根对比梁的抗弯疲劳试验。研究了碳纤维布加固方式、构件使用荷载等参数对碳纤维布加固钢筋混凝土吊车梁抗弯疲劳性能的影响。试验研究表明:采用碳纤维布加固后,构件裂缝的宽度减小了50.2%~66%,发展速度也得到控制,钢筋应力减小24.1%~28.2%,构件的刚度提高14.9%~16.1%。依据试验结果,从现有规范中关于构件刚度计算以及寿命分析的方法出发,进行了CFRP加固钢筋混凝土吊车梁的疲劳刚度、寿命的计算分析,理论分析结果表明,用这种方法计算得到的结果可以满足工程上对精度的要求。最后以试验结果为基础,对CFRP加固梁的疲劳设计提出了合理化建议。     

连续碳纤维增强金属基复合材料增材制造工艺

针对连续碳纤维增强金属基复合材料增材制造工艺开展系统性实验探索,研究结果表明：在对碳纤维进行表面改性后,可以实现打印过程中熔融金属基体与碳纤维的良好浸润复合;送丝速度对单道沉积路径表面质量、路径宽度及其纤维体积分数影响较大,当送丝速度为4 mm/s时,沉积路径表面质量较好,路径宽度约为1.5 mm,碳纤维体积分数约为3.43%;沉积路径搭接率对打印单层表面质量影响较大,当搭接率为50%时,单层表面质量较好;基于优化后的实验参数,实现了连续碳纤维增强金属基复合材料薄壁件以及拉伸样件的直接增材制造,薄壁件内碳纤维与金属基体形成了较好结合,而且连续碳纤维对于复合后材料的抗拉强度起到了显著增强作用.     

CFRP复合材料板材的耐水酸碱性能研究

腐蚀环境下碳纤维增强环氧树脂(CFRP)复合材料的性能退化是影响材料与结构安全服役的关键.为获得CFRP板材在腐蚀溶液中的耐久性能,将CFRP板材浸泡在水、酸与碱溶液中长达150 d.通过水吸收、热力学测试与微观结构分析获得CFRP板材的长期性能演化.结果表明：树脂板与CFRP板材在水、酸与碱溶液中的水吸收行为类似.在酸溶液中,树脂板与CFRP板材均获得较高的水吸收量,这是因为酸溶液促进了树脂的松弛作用,为水分子的进一步侵入提供了更多的扩散空间.此外,树脂的水解作用降低了树脂板与CFRP板材水吸收量.长期的加速老化导致CFRP板材拉伸强度退化高达29.7%,玻璃化转变温度退化高达12.4%.CFRP板材拉伸强度的退化主要由树脂的塑化与水解、纤维与树脂界面的脱粘所导致.碱溶液加速纤维与树脂界面脱粘、树脂水解,这导致碱溶液浸泡下的CFRP板材拉伸强度退化远大于水与酸溶液,其纤维与树脂界面完整性最差,纤维表面没有树脂残留.CFRP板材玻璃化转变温度的退化主要受控于树脂的塑化.酸溶液下玻璃化转变温度的退化程度远大于水与碱溶液,这是因为酸溶液下CFRP板材拥有更高的吸水率,导致树脂发生更严重的塑...     

CFRP加固简支钢梁有限元分析

主要研究了碳纤维复合材料粘贴到钢结构表面用于结构补强与加固的技术特点,并对不同加固方式下的碳纤维增强复合材料(CFRP)加固H型受弯钢梁进行有限元计算,得到了它们的荷载-挠度曲线,分析不同使用状态下的构件碳纤维加固对其承载力、刚度等方面的影响.结果表明,与未加固钢梁相比,采用CFRP加固后的钢梁的承载力、挠度得到显著改善.     

CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱承载力的极限分析

为研究碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束钢管高强混凝土短柱在轴心受压作用下的极限承载力,通过CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱破坏过程工作机制的探讨,分析了CFRP约束钢管高强混凝土与CFRP约束钢管混凝土构件的主要区别与联系,为CFRP约束钢管高强混凝土短柱承载力的极限分析奠定了基础。基于极限平衡法,对高强混凝土、钢管和CFRP进行了应力分析,推导得到了CFRP约束钢管高强混凝土短柱的理论计算公式,将理论计算结果与试验实测值相比较,验证了理论公式的正确性。最后将理论计算结果随CFRP层数和钢管壁厚的变化规律进行了分析,研究表明：与CFRP约束钢管混凝土相比,CFRP约束钢管高强混凝土中CFRP约束效果较差,而对于CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱承载力的提高,厚壁钢管有较大优势。     

CFRP加固混凝土柱轴压性能尺寸效应试验分析

为了研究碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土柱轴压性能的尺寸效应,设计了3组30根几何相似的CFRP加固钢筋混凝土柱,对其进行了轴心受压破坏试验.试验参数主要包括构件尺寸、钢筋配置和加载方式,研究了CFRP加固混凝土柱在轴压荷载下的破坏形态、极限强度、峰值应力、变形能力和残余变形等性能与构件尺寸的关系.研究结果表明:相同尺寸的CFRP加固钢筋混凝土柱比素混凝土柱的极限强度有不同程度的提高;CFRP加固钢筋混凝土柱的峰值应力随着尺寸的增大,呈先增大后减小的趋势,归一化轴向变形能力和残余变形随着构件尺寸的增加逐渐减小;不同的加载方式对于CFRP加固钢筋混凝土柱的承载力和极限位移影响不大.     

波形齿体系张拉并锚固CFRP片材的预应力损失

根据波形齿横向张拉并锚固碳纤维（以下简称CFRP）片材体系的加固施工3-艺,对CFRP片材及被加固构件的材料特性造成的损失（松弛）,温度变化引起的损失以及波形齿配套螺杆与被加固构件间的作用引起的损失进行了理论分析。并通过两类试验共8根构件（钢梁台座的4根构件及混凝土T梁加固试验的4根构件）中张拉后的CFRP片材的预应力（变）损失进行试验研究,提出了波形齿横向张拉并锚固CFRP片材体系中的CFRP片材设计时预应力总损失的建议值。     

CFRP钢管混凝土轴压短柱的力学性能计算

目的用合成法得到CFRP（碳纤维增强塑料）钢管混凝土构件的荷载-应变关系全过程曲线并研究该新型构件的力学性能.方法以合成法为基础,分别选定CFRP、钢材及核心混凝土的本构关系模型,运用平衡条件和变形协调条件将三者的应力-应变关系合成构件的组合关系,对构件的受力行为进行全过程分析.结果通过研究CFRP、钢材及混凝土这三种材料的本构关系模型,得到组合材料的本构关系模型.结论试验验证,用合成法得到的该种构件荷载-应变关系全过程曲线与试验得到的构件荷载-应变关系全过程曲线相吻合,证明了该理论的正确性.     

内置CFRP圆管方钢管高强混凝土纯弯构件力学性能的试验

目的了解内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土纯弯构件的静力性能,研究不同CFRP配置率和含钢率对纯弯构件的承载能力的影响．方法对5个内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土纯弯构件和3个方钢管高强混凝土纯弯构件进行静力试验,分析试验结果,绘制荷载-跨中挠度曲线,钢管碳纤维P-ε曲线．结果受弯构件内置了CFRP圆管约束内部核心混凝土后,有效地改善了该构件的力学性能（承载力提高率可提高10％左右、延性提高5％-12％）;试件的荷载跨中挠度全过程曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段、强化段．结论内置CFRP圆管可有效地改善方钢管高强混凝土纯弯构件的力学性能．     

新村料船用螺旋桨推出

日本中岛螺旋桨公司研发出采用碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料制成的船用螺旋桨。     

结构加固用CFRP片材拉伸性能的试验研究

采用几种环氧树脂和碳纤维布制成碳纤维增强复合材料片材，通过测试拉伸强度、弹性模量、伸长率，研究探讨了影响CFRP片材拉伸强度的几种因素。研究结果表明，纤维、树脂本身的力学性能指标、含胶量、浸润性能等均对CFRP片材的拉伸性能有很大影响。     

碳纤维约束钢筋混凝土短柱轴心受压性能研究

碳纤维增强塑料（Carbon Fiber Reinforced Plastics）,简称CFRP,是一种新型的工程建筑材料。本文对CFRP约束钢筋混凝土短柱在轴心受压状态下的力学性能进行了试验研究,并和普通螺旋箍筋短柱的力学性能进行了对比,结果表明：CFRP约束混凝土柱在轴心受压情况下,可以大大提高构件的承载能力。     

预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁试验研究

通过研制的一套张拉锚固设备对碳纤维板施加预应力后加固试验梁对其进行抗弯静载试验.试验表明未施加预应力CFRP板梁开裂荷载没有影响,而预应力CFRP板加固梁的开裂荷载有明显提高,可以延缓梁的开裂;所有加固梁的屈服荷载、极限荷载都有所提高,同时增加了构件的刚度;试验时粘贴CFRP板加固梁超过了CFRP板极限抗拉强度的25%,而预应力CFRP板加固梁接近粘贴CFRP板的二倍,充分发挥了材料的强度;试验所用的锚具在梁加载过程中没有出现滑移,锚固效果良好.     

碳纤维布加固震损砖柱受压性能研究

针对震损砌体结构的加固需求,提出采用碳纤维布(CFRP)加固震损砖柱的方法.通过轴心、偏心受压试验,对碳纤维布(CFRP)条带满包加固震损砖柱的受压性能展开研究,对加固前后砖柱的承载能力、变形能力及碳纤维布(CFRP)条带的应变等进行对比分析,讨论了碳纤维布(CFRP)在砖柱受力过程中发挥的作用,在此基础上提出碳纤维布(CFRP)加固砖柱承载力计算公式.研究表明,碳纤维布(CFRP)加固震损砖柱效果良好,提出的计算公式与试验结果吻合良好.     

CFRP板侧面加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验

对CFRP板侧面加固混凝土梁的受弯性能进行了试验,分析了碳纤维板加固面积、加固位置、配筋率等参数对加固梁受弯性能的影响,结果表明:使用碳纤维板加固钢筋混凝土受弯构件,可以显著提高其受弯承载力和抗弯刚度,但两者之间并不成正比,CFRP板的用量有一个最佳值;混凝土强度的提高对加固效果的影响不显著,但配筋率的变化对加固效果有较大的影响,低配筋率的梁使用CFRP板加固后承载力的提高幅度要比高配筋率的梁显著;由于CFRP板的弹性模量比钢筋的弹性模量小,加固梁破坏时的挠度仍较大.建议在实际工程中应尽量采用弹性模量高、厚度小的CFRP板,并保证其锚固长度.