碳纖維在機械設備和建筑物上的應用(編輯修改稿)
2025-07-21 05:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 陀海峽的橋上采用CFRP吊橋的提案。盡管話有些突然，但實際上在1979年，接受了摩洛哥與西班牙政府間的協(xié)議，于1982年召開了國際會議，其研究結(jié)果集中到兩種方案上。第一種方案是在距離15km，水深900m的Funta ciresoliveros之間，第二種方案是在距離26km，水深300m的malabata海角—Paloma之間。以現(xiàn)在的技術(shù)，還是水淺的第二種方案較為現(xiàn)實，于是提出了挖28km海底隧道，50億美元的提案和以22km吊橋為主體的100億美元的提案。 可以架橋的水深極限是350m，由于這種制約，所以選擇了第2種方案。邁耶爾與此相對抗，提出了短距離的第一種方案的具體措施，提出以輕質(zhì)、高強的CFRP為支柱、纜索、桁架、地板，以中央跨度8,400m的長大橋為主體的全長為16,200m吊橋的可行性。例如考慮把CFRP拉擠材料擺平捆起來作為纜索，該方案于1987年發(fā)表后，為了實現(xiàn)而繼續(xù)進行著研究。1996年在瑞士winterhur的橋上安裝了CFRP纜索。該橋長124m，4行線路，是以24根纜索制成的斜長橋，可耐1400噸載荷。24根中的2根是把直徑為5mm的T700s拉擠材料擺成241根，長度為35m的纜索，具有實現(xiàn)直布羅陀橋的實證試驗意義。圖2 連接非洲和歐洲的直布羅陀橋的構(gòu)思2．在利用熱性能方面的應用碳纖維熱性能的特點有3點： (1) 熱膨脹系數(shù)非常??；(2)在高溫不變形；(3)熱傳導的特異性。碳纖維的線膨脹系數(shù)比金屬和塑料小一位數(shù)，反映了纖維的結(jié)構(gòu)，瀝青基各向同性低彈型碳纖維，室溫時為+2~ +5106K1，聚丙烯腈基以及 瀝青基高彈型碳纖維為–~ –106K1，是負數(shù)。也就是與金屬和塑料相反，熱縮冷脹。線膨脹系數(shù)是負的氛圍溫度在200176。C ~ +300176。C之間，在200176。C以下以及+300176。C以上是正的（聚丙烯腈基高彈型碳纖維）。負的線膨脹系數(shù)有優(yōu)點也有缺點。例如，將預浸紗在170176。C固化后，冷卻至室溫，由于纖維收縮甚微，樹脂因為成型收縮，以及正的線膨脹系數(shù)，收縮很大，由于殘余應力使纖維與樹脂剝離，樹脂產(chǎn)生龜裂，制品則產(chǎn)生彎曲或扭曲。因為在玻璃纖維中沒有這種現(xiàn)象，所以碳纖維難以使用。但尺寸不隨溫度變化，這是很難得的長處。例如，哈勃宇宙望遠鏡的構(gòu)架使用了瀝青基和粘膠纖維基CFRP管，在宇宙空間即使有很大的溫差也能抑制變形，可以做到穩(wěn)定的觀測。再指出相同的一個例子。設在野外的東京天文臺電波望遠鏡，在準微波進行宇宙的研究方面發(fā)揮了威力。直徑45m的巨大反射板是由600張蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板組成的，而蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板的表面板用的是T300織物做成的CFRP。板的線膨脹系數(shù)是4~5106 K1，有助于將晝夜溫差引起的尺寸變化降到最小。因為織物的均勻性關系到性能，所以為了謀求纖維的蛇行和織物密度的變化為最小，很辛苦。人造衛(wèi)星的通信天線也是CFRP的，因為用于軍事方面，所以被指定為出口貿(mào)易管理的對象，這種復合材料制品在所有方向，線膨脹系數(shù)都在5106 K1以下。碳是耐熱性非常優(yōu)異的材料，三相點約4,000K，在非氧化氣氛中，即使在3,000176。C以上也不變形。因此，將碳纖維增強碳（稱作C/C或CCC）用于火箭的噴射孔、航天飛機的翼端、飛機的制動片、熱壓用模具、原子爐耐熱部件、高溫爐的螺栓、螺母、制造硅片的坩堝等。碳纖維纖維軸向的導熱系數(shù)隨彈性模量而增加。，聚丙烯腈基東麗T300（彈性模量230Gpa）的導熱系數(shù)是10wm1k1,而聚丙烯腈基高彈型碳纖維東麗M60J（590GPa）是155wm1k1, 瀝青基高彈型碳纖維K13C2U(三菱化學公司制品，900GPa)是620 wm1k1,比銀（419 wm1k1）、銅（386wm1k1）、純鋁（204 wm1k1）、純鐵（73 wm1k1）的導熱系數(shù)高。做成CFRP，因為樹脂的導熱系數(shù)低（ w
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