在認(rèn)識碳纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料制品時，很多人看到具有碳纖維紋路的制品感覺就是酷，具有時尚科技感。今天我們就來探討不同碳纖維紋路來做碳纖維復(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)合材料上的力都會經(jīng)塑料傳遞給碳纖維，所以對CFRP復(fù)合材料的破壞首先要破壞碳纖維。
那么對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，這個力會將碳纖維拉斷，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)一欄里都沒有出現(xiàn)碳纖維剪切強(qiáng)度的表述。這是因為首先碳纖維剪切強(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。
有了這個概念，那么進(jìn)行復(fù)合材料制品設(shè)計過程中，盡可能了解制品的受力情況，然后對制品的纖維排布方向進(jìn)行針對性的優(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，因為拉伸強(qiáng)度高是碳纖維的優(yōu)勢，以己之長攻彼之短嘛。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)。那么對不同碳纖維布編制方向的了解將會有助于碳纖維復(fù)合材料制品的設(shè)計。
平紋編織的特點是經(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一次（如圖1、2），所以交織點多，使織物堅牢、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)，纖維彎曲點比較多，在受拉伸過程中伸長率較高。同時由于相鄰兩根經(jīng)紗和相鄰兩根緯紗交織點位置由于纖維束的滑動出現(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)緯向編織過程，經(jīng)向或緯向纖維束跳過兩束緯向或經(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，纖維束浮長增大，同時相鄰兩個纖維束錯開一個編織位。這樣就造成了斜紋編織布的斜向紋路特點。這種斜紋外觀具有很強(qiáng)的立體感，用來做汽車改裝制品，比如面板、引擎蓋、排氣筒等。
緞紋編織具備單獨的、互不連續(xù)的經(jīng)交織點（或緯交織點）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。它的特點是經(jīng)線（或緯線）浮線較長，交織點較少，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。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。總體來說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。不過單獨研究編制結(jié)構(gòu)對復(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考量。
本文說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，像薄氈和無紡布；還有一種無緯布，就是整個纖維布的纖維排布在一個方向上，這在預(yù)浸料中很常見，靠網(wǎng)胎和樹脂保持布狀形態(tài)。碳纖維布是我們設(shè)計復(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)計性是復(fù)合材料得以存在的優(yōu)勢，國內(nèi)復(fù)合材料制品企業(yè)在這一方面的研究應(yīng)該更深。

在結(jié)構(gòu)加固工程中，可以采用的加固方法有很多，既有傳統(tǒng)的加固方法，也有新型的加固方法，而粘鋼加固和碳纖維加固就是代表性的2種加固方法。粘鋼加固和粘貼碳纖維加固具有相似的加固原理，它們作為加固技術(shù)具有較多的優(yōu)勢，而且適用性都很強(qiáng)。那么碳布和粘鋼板加固可以互換嗎?
碳布與粘鋼加固的相似之處，從適用范圍上，碳布與粘鋼同樣可用于受彎構(gòu)件、大偏心受壓構(gòu)件與受拉構(gòu)件，例如在梁底粘貼碳布或者鋼板，均可提高結(jié)構(gòu)承載力，達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的;從原理上來看，碳布與粘鋼都是利用結(jié)構(gòu)膠將碳布或鋼板粘貼至混凝土基材上，令加固材料與基材形成整體共同受力;從施工流程看，兩種方法都受結(jié)構(gòu)膠影響較大，加固前均需要卸載，未進(jìn)行卸載或卸載不徹底都會產(chǎn)生二次受力，造成加固材料受力滯后。
碳纖維布與鋼板在結(jié)構(gòu)加固中起到的作用，可以等同為增加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的配筋率。因此在一定程度上，碳纖維布加固與粘鋼加固可以相互替換。碳布與粘鋼加固既有相似之處，又有不同之處，它們都有各自的優(yōu)勢。
對于粘貼碳纖維布來說，常用的碳纖維布自重僅有200g/㎡和300g㎡兩種類型，其設(shè)計厚度也是較為輕薄，一層200g/㎡碳纖維布厚度僅為0.111mm，施工速度約為粘鋼加固的2~3倍。碳纖維加固靈活多樣，不會導(dǎo)致建筑物內(nèi)其他構(gòu)件的連鎖加固，經(jīng)濟(jì)效益高。加固過程中不會改變結(jié)構(gòu)外觀，對原結(jié)構(gòu)損傷較小，結(jié)構(gòu)自重增加較小。施工現(xiàn)場濕作業(yè)工作量少，施工便捷堅固耐用。
粘鋼板加固由于鋼板的物理力學(xué)性能為各向同性，在進(jìn)行受力的時候能夠均勻受力，但是其施工時需要的夾具和施工器械，施工工序膠碳纖維布加固較為繁瑣復(fù)雜。對于采用粘鋼加固來說，所粘貼鋼板的寬度不宜大于100mm，當(dāng)采用手工涂膠粘貼鋼板，鋼板厚度不應(yīng)大于5mm。采用壓力注膠粘貼鋼板，其厚度不應(yīng)大于10mm，且需要按照外粘型鋼加固法的焊接節(jié)點構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計。對于普通小荷載結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件，經(jīng)計算其補(bǔ)強(qiáng)所需面積小，粘貼碳纖維布1~2層即可滿足要求時，要先考慮采用粘鋼板加固加固法來進(jìn)行處理。
在加固工程中，可以采用的加固方法有很多，而且適用性都很強(qiáng)。對于加固方法的選擇，要根據(jù)加固工程的實際情況來決定，任何加固方法都有自己的局限性。所以施工單位需要掌握每種加固工法的優(yōu)勢，將每種加固工法的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，這樣可以更加高效地完成加固工程。

碳纖維材料是目前常用的一種加固材料，和其他的加固材料相比，碳纖維材料有多種優(yōu)勢，而且性價比較高，目前被廣泛的應(yīng)用于建筑工程以及其他領(lǐng)域中，今天就帶大家對碳纖維布的特點簡單的了解一下。
碳纖維布加固技術(shù)是利用碳素纖維布和的結(jié)構(gòu)膠對建筑構(gòu)件進(jìn)行加固處理，在技術(shù)上采用的碳纖維布強(qiáng)度也是普通二級鋼的好多倍，因為碳纖維布強(qiáng)度非常高，很多加固工程都在使用，所產(chǎn)生的結(jié)果也是可想而知的，讓結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變得更高。
在作用上碳纖維材料具有諸多優(yōu)良的施工性能，現(xiàn)在被很多施工單位廣泛的應(yīng)用于建筑工程中，因為產(chǎn)品質(zhì)量輕，密度比較低，在重量上所占不打比重，特別是在施工上有效的減輕了條件，讓施工變得便利;在使用的過程當(dāng)中基本上不會讓原來的固件尺寸發(fā)生明顯的改變，同時又不會影響到原來產(chǎn)品尺寸大小的材料。
碳纖維布的使用的范圍也是非常廣泛：它適用于處理建筑物使用荷載增加、工程使用功能改變、材料老化、混凝土強(qiáng)度等級低于設(shè)計值、結(jié)構(gòu)裂縫處理、惡劣環(huán)境服役構(gòu)件修繕、防護(hù)的加固工程。在各種結(jié)構(gòu)類型，各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)范圍。
恒固碳纖維布同品質(zhì)的相融性，打造完粘接性能，根據(jù)碳絲的延展性，巧力研發(fā)出配套的碳纖維浸漬膠，完粘接匹配性能，大幅提高碳纖維布的抗拉強(qiáng)度。
碳纖維布施工過程中需要注意：
嚴(yán)格按照GB50550-2010的施工工藝進(jìn)行粘貼，但應(yīng)注意以下幾點：
1、碳纖維布一定要粘貼到結(jié)構(gòu)面上，如果要加固的構(gòu)件有白灰需將白灰鏟除，有抹灰層要將抹灰層剔除，有混凝土墊層也必須將混凝土墊層進(jìn)行剔除，剔除完畢露出新鮮的混凝土，再用結(jié)構(gòu)修補(bǔ)膠對加固的基面進(jìn)行修補(bǔ)、找平。
2、對于有棱角的截面，需要磨成圓弧半徑不小于25mm的曲面。
3、需要加固的混凝土基面需要保持干燥，基面表層含水率不宜大于4%，不應(yīng)大于6%?；婧食^6%應(yīng)進(jìn)行干燥處理或者采用的潮濕浸漬膠進(jìn)行粘貼。
4、碳纖維布在粘貼時，用刮板進(jìn)行刮壓，刮壓時要沿一個方向進(jìn)行刮壓。
5、碳布在搭接時受力方向搭接長度應(yīng)不小于20cm。
6、應(yīng)特別注意在冬季施工時浸漬膠會有些粘稠，屬于正?，F(xiàn)象，如果過于黏稠影響正常施工，應(yīng)對膠體進(jìn)行加熱處理。嚴(yán)禁在膠體中加入酒精等有機(jī)溶劑。
7、碳纖維布和浸漬膠應(yīng)采用同一品牌，否則需要做適配性試驗。
8、盡量不要在粘貼好的碳布上鉆孔，這樣會減少碳纖維布的受力面積，影響加固效果。

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算，凈截面面積取碳纖維布的計算厚度乘以寬度。碳纖維布的計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，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，工藝過程中各部位所使用的環(huán)氧樹脂膠結(jié)材料的種類、型號，應(yīng)根據(jù)施工時的溫度、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。采用碳纖維片材對混凝土結(jié)構(gòu)加固時，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，被加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其現(xiàn)場實測混凝土強(qiáng)度等級不得低于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，混凝土強(qiáng)度等級不應(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)計部位放線定位。
2、應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況和加固構(gòu)件混凝土的補(bǔ)強(qiáng)荷載要求，制定相應(yīng)施工方案和施工計劃。
3、應(yīng)對所使用的碳纖維布、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，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，應(yīng)由專業(yè)施工隊伍進(jìn)行施工。
施工過程中應(yīng)避免碳纖維片材彎折。