在認(rèn)識(shí)碳纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料制品時(shí)，很多人看到具有碳纖維紋路的制品感覺(jué)就是酷，具有時(shí)尚科技感。今天我們就來(lái)探討不同碳纖維紋路來(lái)做碳纖維復(fù)合材料制品有什么不一樣。
碳纖維在復(fù)合材料中起到承載載荷的作用，外界作用于CFRP復(fù)合材料上的力都會(huì)經(jīng)塑料傳遞給碳纖維，所以對(duì)CFRP復(fù)合材料的破壞首先要破壞碳纖維。
那么對(duì)碳纖維的破壞基本可分兩種，一種是平行于碳纖維方向的拉伸力，這個(gè)力會(huì)將碳纖維拉斷，所以要求碳纖維具備較高的拉伸強(qiáng)度；另一種是剪切力，這個(gè)力垂直于碳纖維方向，要求碳纖維具備較高的抗剪切強(qiáng)度?？上г谒刑祭w維供應(yīng)商產(chǎn)品性能參數(shù)一欄里都沒(méi)有出現(xiàn)碳纖維剪切強(qiáng)度的表述。這是因?yàn)槭紫忍祭w維剪切強(qiáng)度很小，另一方面碳纖維本身屬于一維材料，在直徑尺度很小，對(duì)碳纖維制品的任何剪切力都可以分解成不同方向碳纖維的拉伸力。
有了這個(gè)概念，那么進(jìn)行復(fù)合材料制品設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡可能了解制品的受力情況，然后對(duì)制品的纖維排布方向進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化，盡可能的使作用于碳纖維復(fù)合材料外力分解成不同方向上碳纖維的拉伸力，因?yàn)槔鞆?qiáng)度高是碳纖維的優(yōu)勢(shì)，以己之長(zhǎng)攻彼之短嘛。二維的編織布是制造碳纖維復(fù)合材料制品和預(yù)浸料的原料，也是進(jìn)行纖維排布方向優(yōu)化的基礎(chǔ)。那么對(duì)不同碳纖維布編制方向的了解將會(huì)有助于碳纖維復(fù)合材料制品的設(shè)計(jì)。
平紋編織的特點(diǎn)是經(jīng)紗和緯紗以一上一下的規(guī)律交織。也就是經(jīng)緯紗每隔一根紗就交錯(cuò)一次（如圖1、2），所以交織點(diǎn)多，使織物堅(jiān)牢、耐磨、硬挺、平整，但彈性較小，光澤一般，平紋織物密度不可能太高，較為輕薄，耐磨性較好，透氣性較好，布面均勻且正反面相同。這種碳纖維布的纖維束由于一直處于上下起伏的狀態(tài)，纖維彎曲點(diǎn)比較多，在受拉伸過(guò)程中伸長(zhǎng)率較高。同時(shí)由于相鄰兩根經(jīng)紗和相鄰兩根緯紗交織點(diǎn)位置由于纖維束的滑動(dòng)出現(xiàn)眼孔。平紋編織的變種形式也很多，比如12K經(jīng)紗與1K緯紗混合編織。由于經(jīng)線和緯線方向上纖維束的反射光不同，因此平紋編織纖維布可觀察到格子狀的外觀，類似于國(guó)際象棋的棋盤。
斜紋編織纖維布具有與纖維束排布方向有一定夾角的斜向紋路（如圖3、4），這個(gè)紋路方向上并不存在纖維束，而是由于纖維束經(jīng)緯向編織過(guò)程，經(jīng)向或緯向纖維束跳過(guò)兩束緯向或經(jīng)向纖維進(jìn)行編織。也就是纖維束一上一下的編織頻率減小，纖維束浮長(zhǎng)增大，同時(shí)相鄰兩個(gè)纖維束錯(cuò)開一個(gè)編織位。這樣就造成了斜紋編織布的斜向紋路特點(diǎn)。這種斜紋外觀具有很強(qiáng)的立體感，用來(lái)做汽車改裝制品，比如面板、引擎蓋、排氣筒等。
緞紋編織具備單獨(dú)的、互不連續(xù)的經(jīng)交織點(diǎn)（或緯交織點(diǎn)）在組織循環(huán)中有規(guī)律的均勻分布如圖（5、6），這樣的編織形式稱為緞紋。它的特點(diǎn)是經(jīng)線（或緯線）浮線較長(zhǎng)，交織點(diǎn)較少，它們雖形成斜線，但不是連續(xù)的，相互間隔距離有規(guī)律而均勻，此纖維布結(jié)構(gòu)形式稱為緞紋組織。緞紋纖維布經(jīng)紗和緯紗至少隔三根才交織一次，因此這種編織結(jié)構(gòu)使織物密度更高，因而纖維布更加厚實(shí)。這種緞紋纖維布表面平滑勻整，質(zhì)地柔軟，富有光澤或稍呈紋路。這類纖維布強(qiáng)度低于平紋和斜紋。
這三種編織形態(tài)由于碳纖維束受到彎曲和其他纖維束的影響造成碳纖維布的強(qiáng)度有差異，而且表征碳纖維編織布強(qiáng)度會(huì)有拉伸力、撕扯力、頂破力、彎曲力等，這些也是隨著編織方式的不同各有差異?？傮w來(lái)說(shuō)在碳纖維束排布方向上的拉伸強(qiáng)度與纖維強(qiáng)度和纖維摩擦力相關(guān)。而與纖維束不同的方向上的拉伸力則與纖維的編織形態(tài)關(guān)系較大了，一方面這一拉伸力可分為纖維平行方向和垂直方向上的力，平行方向的力要求纖維強(qiáng)度高，垂直方向上的力則與編織形態(tài)對(duì)纖維束的阻力有關(guān)了。
東華大學(xué)紡織學(xué)院在研究編織結(jié)構(gòu)對(duì)織物強(qiáng)度的影響則有平紋>斜紋>緞紋。而在撕扯強(qiáng)度方面則有緞紋>斜紋>平紋。不過(guò)單獨(dú)研究編制結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料的影響有一些片面，需要綜合基體材料及制品受力情況來(lái)考量。
本文說(shuō)論述碳纖維布的概念屬于狹義范疇，碳纖維布有編織類的，就像我們今天將的平紋、斜紋、緞紋編織；類的，像薄氈和無(wú)紡布；還有一種無(wú)緯布，就是整個(gè)纖維布的纖維排布在一個(gè)方向上，這在預(yù)浸料中很常見(jiàn)，靠網(wǎng)胎和樹脂保持布狀形態(tài)。碳纖維布是我們?cè)O(shè)計(jì)復(fù)合材料的基礎(chǔ)，根據(jù)受力情況優(yōu)化某一方向上纖維束的排布方向是關(guān)鍵，可設(shè)計(jì)性是復(fù)合材料得以存在的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)復(fù)合材料制品企業(yè)在這一方面的研究應(yīng)該更深。

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的粘貼碳纖維板技術(shù)在加固中具有不中斷交通，且工期短，人工少的優(yōu)點(diǎn)。所以擴(kuò)展該項(xiàng)技術(shù)開展了配有大偏心CFRP體外束預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋體系應(yīng)用研究，是本世紀(jì)新型橋梁建設(shè)方向之一。
1，碳纖維材料的基本特性 
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固所采用的基本材料是高強(qiáng)度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，用環(huán)氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經(jīng)樹脂浸漬固化的碳纖維布，統(tǒng)稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件需補(bǔ)強(qiáng)加固部位表面，樹脂固化后與原構(gòu)件形成新的受力復(fù)合體，共同工作。 
1.1 碳纖維片材 
片材碳纖維材料的拉伸強(qiáng)度在（2400～3400）MPa之間，與普通碳素鋼板拉伸強(qiáng)度為240MPa相比，片材的拉伸強(qiáng)度很高。 片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學(xué)性能不同，碳纖維片材依力學(xué)性能分成高模量、高強(qiáng)度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高，但其伸長(zhǎng)率較低。相比之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，說(shuō)明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，本身不會(huì)受酸堿鹽及各類化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。
1.2 配套樹脂類粘結(jié)材料 
混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)配套樹脂系統(tǒng)包括底層涂料，用于滲透過(guò)混凝土表面，促進(jìn)粘結(jié)并形成長(zhǎng)期持久界面的基礎(chǔ)；油灰，用于填充整個(gè)表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材；浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂，前者用于碳纖維布粘貼，后者用于碳纖維板粘貼。浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構(gòu)件表面并與之緊密地結(jié)合在一起形成整體共同工作的關(guān)鍵，因此，樹脂同混凝土的粘貼強(qiáng)度大于混凝土的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。
就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術(shù)而言，環(huán)氧樹脂在不同施工環(huán)境溫度下固化性能有十分重要的意義，因?yàn)檫@涉及到粘貼工作質(zhì)量與如何盡量減少橋上正常交通中斷時(shí)間緊密相關(guān)。采用專配的環(huán)氧樹脂材料，在混凝土施工表面溫度（10～40）攝氏度時(shí)，粘貼環(huán)氧樹脂固化時(shí)間約15小時(shí)以上，但粘貼后就可以使用的時(shí)間為45分鐘以上，專配的環(huán)氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土橋梁的加固工作。
2，碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)的施工工藝 
2.1 根據(jù)設(shè)計(jì)確定粘貼碳纖維的范圍進(jìn)行基底處理；
2.1.1 將砼構(gòu)件表面的殘缺、破損及碳化層部分清除干凈，達(dá)到結(jié)構(gòu)密實(shí)部位。檢查外露鋼筋是否有銹蝕，并進(jìn)行必要的處理。對(duì)經(jīng)過(guò)剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分進(jìn)行修補(bǔ)復(fù)原。 
2.1.2 裂縫修補(bǔ)?？p寬小于0.2mm的裂縫，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。 
2.1.3 將構(gòu)件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修復(fù)后的段差盡量平順。用磨光機(jī)把棱角磨成半徑大于30mm的圓角。 
2.1.4 清洗打磨過(guò)的構(gòu)件表面，并使其充分干燥。
2.2 底層涂刷（底層涂料具有較強(qiáng)的滲透性，可滲入砼表面內(nèi)） 
2.2.1 把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放人容器內(nèi)，用攪拌器拌均勻，一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)。
2.2.2 用滾筒刷均勻的涂刷底層涂料。 
2.2.3 底層涂料固化后，表面有凸起部分時(shí)要用砂紙磨光。 
2.2.4 注意在氣溫小于5C，相對(duì)濕度大于85，砼表面含水率在8以上，有結(jié)露可能而無(wú)可靠保證措施時(shí)，均不得施工。
2.3 環(huán)氧膩?zhàn)訉?duì)構(gòu)件表面殘缺的修補(bǔ) 
2.3.1 構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用環(huán)氧膩?zhàn)犹钇剑迯?fù)至表面平整。 
2.3.2 內(nèi)角（段差、起拱等）要用環(huán)氧膩?zhàn)犹钛a(bǔ)使之平順。
2.4 貼碳纖維片。 
2.4.1 為了防止碳纖維受損，在碳纖維片運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裁切和粘貼過(guò)程中，嚴(yán)禁受彎折。貼片前應(yīng)用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷纖維片，每段長(zhǎng)度一般不超過(guò)6rn。 
2.4.2 碳纖維接頭必須搭接10cm以上，橫向不需搭接。 
2.4.3 按規(guī)定比例摻配樹脂主劑和固化劑，用滾筒刷均勻地涂刷黏結(jié)樹脂，稱為下涂。 
2.4.4 貼片時(shí)，在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣，可用羅拉沿著纖維方向在碳纖維片上對(duì)此滾壓，使樹脂滲入碳纖維中。
2.5 養(yǎng)護(hù) 
粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護(hù)24h達(dá)到初期固化，并保證固化期間不受干擾。
2.6 涂裝 
根據(jù)需要可在樹脂固化后加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件表面，涂刷耐火涂層和色彩。
3，碳纖維（片材）加固處理要點(diǎn) 
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理前，先對(duì)梁板采取有效地卸載和支頂措施，然后按以下施工工序進(jìn)行加固施工。
3.1 破損面混凝土表面處理：清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層。3.2 按設(shè)計(jì)要求對(duì)破損面鋼筋處理后用M45的環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行灌縫或封閉處理，并保證鋼筋保護(hù)層厚度不小于15mm，利用打磨機(jī)將其表面打磨平整，并用鋼刷將其表面的粉塵、油污等不潔物清除干凈，使構(gòu)件加固表面平整、干燥無(wú)粉塵。另外，如碳纖維需沿基纖維方向繞構(gòu)件轉(zhuǎn)角處粘貼時(shí)，轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應(yīng)小于20mm。
3.3 涂刷底層樹脂：用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，待樹脂表面指觸干燥時(shí)即進(jìn)行下一道工序施工。
3.4 找平處理：表面凹陷部位用找平材料填補(bǔ)平整，且不應(yīng)有菱角。
3.5 粘貼碳纖維片材：將配制好的浸漬樹脂均勻涂抹于所要粘貼的部位，并用橡膠滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布，滾壓時(shí)不得損傷碳纖維布。多層粘貼重復(fù)上述步驟，待纖維表面接觸干燥時(shí)即可進(jìn)行下一層的粘貼。如超過(guò)60min，則應(yīng)等12h后，再行涂刷粘結(jié)劑粘貼下一層。
3.6 在后一層的碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。 
4，對(duì)碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的展望 
碳纖維用于砼結(jié)構(gòu)的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展很快，其主要原因在于碳纖維片加固存在較多優(yōu)點(diǎn)： 
4.1 施工簡(jiǎn)便迅速，無(wú)需模板、夾具、支撐等。 
4.2 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0.111mm～0.167mm，加上環(huán)氧樹脂的重量也很輕，對(duì)結(jié)構(gòu)自重影響可忽略不計(jì)。 
4.3 能適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)外形的補(bǔ)強(qiáng)。 
4.4 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。
隨著我國(guó)高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，高速公路橋梁通車?yán)锍桃苍诓粩嘣鲩L(zhǎng)，橋梁由于各種原因造成承載力降低、混凝土強(qiáng)度降低或需要提高抗震能力和修補(bǔ)橋梁裂縫，都可以應(yīng)用碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。

碳纖維布（CFRP）加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，以達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。
加固機(jī)理是將碳纖維布采用高性能的環(huán)氧類粘結(jié)劑粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面，膠結(jié)材料作為它們之間的剪力連接媒介，形成新的復(fù)合體，使增強(qiáng)貼片與原有鋼筋共同作用，增大了結(jié)構(gòu)抗拉及抗剪能力，可有效提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，延性及抗裂性。利用碳纖維布良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的。
CFRP加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要為碳纖維布與粘貼用樹脂。
1、碳纖維布的抗拉強(qiáng)度應(yīng)按纖維的凈截面面積計(jì)算，凈截面面積取碳纖維布的計(jì)算厚度乘以寬度。碳纖維布的計(jì)算厚度取碳纖維布的單位面積質(zhì)量除以碳纖維密度。單層碳纖維布的單位面積碳纖維質(zhì)量不宜低于150g/㎡，且不宜高于450g/㎡。在施工質(zhì)量有可靠保證時(shí)，單層碳纖維布的單位面積碳纖維質(zhì)量可提高到600g/㎡。
2、粘結(jié)劑要有足夠的粘結(jié)性能，工藝過(guò)程中各部位所使用的環(huán)氧樹脂膠結(jié)材料的種類、型號(hào)，應(yīng)根據(jù)施工時(shí)的溫度、濕度進(jìn)行選擇。應(yīng)正確掌握主劑和固化劑的配比，使?jié)B透性、粘稠度、固化速度等方面能滿足不同季節(jié)施工的需要。采用碳纖維片材對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)加固時(shí)，應(yīng)采用與碳纖維片材配套的底層樹脂、找平材料、浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂。
3、在受彎加固和受剪加固時(shí)，被加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘結(jié)強(qiáng)度不得低于1.5MPa。采用封閉粘貼碳纖維片材加固混凝土柱時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C10。
4、主要機(jī)具：角向磨光機(jī)、砂紙、剪刀、鑿子、榔頭、臺(tái)秤、卷尺、水平儀、鉛錘、滾筒、刮板、攪拌容器、橡膠抹子、滾洞刷子、攪拌器、防護(hù)眼鏡、橡膠手套、口罩等。
1、應(yīng)認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)施工圖。在進(jìn)行混凝土表面處理和粘貼碳纖維布前，應(yīng)按加固設(shè)計(jì)部位放線定位。
2、應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和加固構(gòu)件混凝土的補(bǔ)強(qiáng)荷載要求，制定相應(yīng)施工方案和施工計(jì)劃。
3、應(yīng)對(duì)所使用的碳纖維布、配套樹脂、機(jī)具等做好施工前的物質(zhì)準(zhǔn)備工作。
4、進(jìn)場(chǎng)后的碳纖維布、配套樹脂應(yīng)抽樣送檢，合格后方可施工。
5、施工宜在環(huán)境溫度為5℃以上的條件下進(jìn)行，并應(yīng)符合配套樹脂要求的施工使用溫度。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)采用適用于低溫環(huán)境的配套樹脂或采取升溫措施。
采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)由專業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行施工。
施工過(guò)程中應(yīng)避免碳纖維片材彎折。

碳纖維布加固時(shí)應(yīng)該怎樣粘貼
在碳纖維布加固的施工過(guò)程中有一項(xiàng)很重要的工藝就是粘貼碳纖維布，粘貼的好壞直接影響到施工的質(zhì)量，那么如何粘貼才能保證碳纖維布加固的效果呢？
在粘貼碳纖維布之前，應(yīng)確認(rèn)粘貼表面干燥，如潮濕環(huán)境施工可選用南京曼卡特水下碳纖維布。粘貼時(shí)，纖維片縱向接頭必須搭接10cm以上，該部位應(yīng)多涂粘結(jié)樹脂，纖維布橫向不需要搭接。
1.按設(shè)計(jì)規(guī)定尺寸剪裁碳纖維布，嚴(yán)禁斜切碳布，并防止出現(xiàn)拉絲的現(xiàn)象。裁剪的數(shù)量應(yīng)保證在當(dāng)天用完，避免浪費(fèi)，剪裁成型的碳纖維布應(yīng)注意防止受損。
2.按粘結(jié)樹脂的主劑和固化劑應(yīng)按比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器均勻攪拌。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時(shí)間內(nèi)用完為標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)防止灰塵等雜質(zhì)混入。
3.粘貼碳纖維布前應(yīng)對(duì)混凝土表面再次擦拭，確保粘貼面無(wú)粉塵。用滾筒刷將浸漬膠均勻涂刷于被粘貼部位，在搭接、拐角部位適當(dāng)多涂抹一些。粘貼時(shí)，在碳纖維布和樹脂之間不應(yīng)留有空氣。
4.粘貼碳纖維布時(shí)，放卷用力適度，將碳布拉緊對(duì)齊后粘貼，從中間向兩側(cè)進(jìn)行粘貼，避免產(chǎn)生氣泡。
5.用塑料刮板或滾筒在碳纖維布表面反復(fù)滾壓，直至膠料滲出，滾壓時(shí)應(yīng)沿同一方向，不宜在一個(gè)部位反復(fù)滾壓揉搓。碳纖維布外表面也需均勻涂抹浸漬膠，反復(fù)滾壓，使浸潤(rùn)膠雙向充分浸潤(rùn)碳纖維布。
6.多層粘貼時(shí)，應(yīng)在碳纖維布表面指觸干燥后，立即進(jìn)行下一層的粘貼。如延誤時(shí)間超過(guò)1h，應(yīng)等12h后，再涂刷浸漬膠粘貼下一層。
看到這里，相信大家都了解了粘貼碳纖維布的工藝和粘貼中的注意事項(xiàng)，優(yōu)質(zhì)的原材料還需要良好的施工工藝，SKO建筑加固平臺(tái)特旨在提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，從源頭保證工程質(zhì)量。