“一噸鐵和一噸棉花哪個(gè)重？”可能有人會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為鐵一定比棉花重。這個(gè)有趣的問題看似是一道智力題，其實(shí)是利用了人們習(xí)慣性的思維。同樣，一塊布和一根鋼筋哪個(gè)強(qiáng)度更高？相信絕大多數(shù)人的答案會(huì)是鋼筋，因?yàn)槿藗兒茈y相信一塊布能和一根鋼筋承受同樣的重力。當(dāng)然，普通的布肯定不能，然而，由高性能芳綸纖維織結(jié)而成芳綸布其強(qiáng)度不僅可以和鋼筋媲美，甚至在輕量化、柔韌性等領(lǐng)域更勝一籌。
芳綸纖維作為世界三大高性能纖維之一，是安全防護(hù)領(lǐng)域的重要材料，自20世紀(jì)60年代由美國(guó)杜邦公司研發(fā)并率先產(chǎn)業(yè)化。特別是芳綸1414的發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為是材料界發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，同時(shí)也成為“卡脖子”技術(shù)始終被歐美國(guó)家控制。2004年，煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱泰和新材）成功研發(fā)國(guó)產(chǎn)芳綸纖維，至此打破芳綸纖維的國(guó)際壟斷局面。近年來(lái)，芳綸1414已作為一種高技術(shù)含量的纖維材料被廣泛應(yīng)用于航天航空、機(jī)電、建筑、汽車、海洋水產(chǎn)、體育用品等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。
一根纖維是如何媲美鋼筋的？《中國(guó)建材報(bào)》記者走進(jìn)泰和新材，專訪了煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司對(duì)位芳綸事業(yè)部總經(jīng)理王仁強(qiáng)、芳綸紙營(yíng)銷總監(jiān)李鵬周，請(qǐng)他們?yōu)榻ú慕ㄖI(lǐng)域的新材料應(yīng)用答疑解惑，帶來(lái)更多的思維碰撞。
芳綸單向布 為建筑加固提供更優(yōu)解
記者：對(duì)位芳綸纖維有哪些特點(diǎn)，芳綸布在建筑加固領(lǐng)域有哪些優(yōu)勢(shì)？
王仁強(qiáng)：對(duì)位芳綸纖維是一種新型高科技合成纖維，具有超高強(qiáng)度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優(yōu)良性能，比強(qiáng)度是鋼絲的5～6倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的2～3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量?jī)H為鋼絲的1/5左右，在560℃的溫度下，不分解，不融化。芳綸纖維布復(fù)合材料具有高抗拉強(qiáng)度，比重小，良好的抗腐蝕性能，延伸性能好，絕緣性能好，韌性強(qiáng)抗剪強(qiáng)度和抗擠壓強(qiáng)度高，抗震性能強(qiáng)，本質(zhì)阻燃等優(yōu)異性能，可用于對(duì)橋梁、柱體、地鐵、煙囪、水塔、隧道及電氣化鐵路、海港碼頭進(jìn)行維修、補(bǔ)強(qiáng)，特別適合對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的加固與修復(fù)。
記者：芳綸纖維布能否與混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)合應(yīng)用？請(qǐng)您詳細(xì)介紹一下具體的應(yīng)用范圍和方式。
王仁強(qiáng)：公司的泰普龍芳綸單向布產(chǎn)品可以與混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)合應(yīng)用，范圍也比較廣泛。比如應(yīng)用在梁上，主要是橋梁和民用建筑或工業(yè)廠房，加固的方式包括抗彎和抗剪，在進(jìn)行抗彎加固時(shí)，芳綸布的纖維方向與梁的軸向一致，一般貼在梁的受拉側(cè)，以提高梁的承載能力。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)得出，只要該梁不是超筋梁，貼一層280克芳綸布可以提高承載力30％左右，貼兩層可以提高40％左右；在進(jìn)行抗剪加固時(shí)，芳綸布的纖維方向與梁的軸向垂直。
芳綸布也是加固柱子的理想材料。首先，因?yàn)榉季]的彈模是118Gpa，相對(duì)于碳纖維230Gpa的彈模，芳綸的延性更好；其次，在進(jìn)行棱角打磨時(shí)只需要10mm左右，一般不需要打磨，而碳纖維則需要30mm左右。相比之下，使用芳綸布可以節(jié)約很多工時(shí)。最后，由于芳綸布是一種柔軟的布，追隨性比較好，特別是對(duì)于形狀不規(guī)則的承臺(tái)，更適合應(yīng)用芳綸布進(jìn)行加固。
在砌體、板的加固應(yīng)用方面，一般對(duì)于板的加固凈空要求比較高，而且加固后要不影響其外觀，所以用厚度很薄且柔軟的芳綸復(fù)合材料進(jìn)行加固更方便。在煙囪、水塔的加固上，由于像煙囪、水塔這樣向高空發(fā)展的結(jié)構(gòu)，其加固維修難度大，傳統(tǒng)方法基本上很難解決這樣的問題，而芳綸纖維輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐久性能良好，會(huì)是加固煙囪、水塔更好的選擇。
在地鐵隧道的加固上，芳綸布同樣有一定的優(yōu)勢(shì)，由于地鐵和隧道是一種在地下工作的結(jié)構(gòu)，其受力與地面結(jié)構(gòu)是不一樣的，在洞頂和洞側(cè)都有土壓力的作用，而且它也有凈空的要求，所以進(jìn)行裂縫修補(bǔ)時(shí)，使用傳統(tǒng)加固方法的可能性很小，用芳綸布進(jìn)行加固維修可以滿足其各方面要求。在地鐵或隧道的拱頂或側(cè)壁的裂縫一般是多向且不規(guī)則的，這就要求它的修復(fù)材料必須具有良好的抗剪性能，而且芳綸還是一種不導(dǎo)電的FRP材料，因此，芳綸布在隧道地鐵工程中的加固應(yīng)用方面優(yōu)勢(shì)還是比較突出的。
記者：在實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域應(yīng)用的過(guò)程中，芳綸布還有哪些技術(shù)難點(diǎn)需要解決？如果大量應(yīng)用在工程領(lǐng)域，其性價(jià)比如何？是否有優(yōu)勢(shì)？
王仁強(qiáng)：從材料角度分析，技術(shù)難點(diǎn)主要集中在原絲性能及織造水平上，泰和新材嚴(yán)格把控原絲與織布的品質(zhì)，泰普龍芳綸單向布經(jīng)國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)和認(rèn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高強(qiáng)度I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
伴隨著近些年碳纖維價(jià)格不斷上漲，芳綸的性價(jià)比已達(dá)到市場(chǎng)接受范圍。低級(jí)別的芳綸纖維與低級(jí)別的碳纖維價(jià)格在同一區(qū)間，且從目前市場(chǎng)情況分析，芳綸供貨的穩(wěn)定性高于碳纖維供應(yīng)，而高級(jí)別的芳綸纖維價(jià)格遠(yuǎn)低于高級(jí)別的碳纖維價(jià)格。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，芳綸的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)還是很明顯的。
然而，市場(chǎng)已習(xí)慣于使用碳纖維進(jìn)行建筑加固的，對(duì)芳綸纖維的認(rèn)知程度有限，面對(duì)這樣的局面，我們還需要加大市場(chǎng)對(duì)于芳綸纖維的認(rèn)可度，增強(qiáng)普及力度。
芳綸紙蜂窩 軌道交通建設(shè)材料首選
記者：芳綸紙是一種怎樣的材料？有哪些性能特點(diǎn)？
李鵬周：公司的主營(yíng)產(chǎn)品民士達(dá)芳綸紙，是一種用純芳綸纖維制成的特種新型紙基材料，具備機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫、阻燃、耐化學(xué)腐蝕和電絕緣性好等優(yōu)良性能，是航空航天、軌道交通、新能源汽車、電氣絕緣等廣泛應(yīng)用領(lǐng)域不可缺少的高性能材料。我們的主要產(chǎn)品根據(jù)用途可分為電氣絕緣用紙和蜂窩芯材用紙兩大類別。
芳綸紙做成的蜂窩結(jié)構(gòu)材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模、阻燃、耐高溫、低介電損耗等優(yōu)良特點(diǎn)，已成為航空航天領(lǐng)域蜂窩復(fù)合材料的首選芯材。
記者：芳綸紙蜂窩在城鄉(xiāng)建設(shè)、軌道交通、交通水利等方面可以有哪些具體的應(yīng)用？
李鵬周：芳綸紙是高性能絕緣材料，可用于高端復(fù)雜工況的絕緣系統(tǒng)，在城鄉(xiāng)建設(shè)方面可以用于電子、電機(jī)、特高壓、電力變、配電變壓器的絕緣材料；軌道交通方面可以用在高鐵、貨運(yùn)機(jī)車用牽引變壓器、牽引電機(jī)、磁懸浮直線電機(jī)絕緣材料及高鐵內(nèi)飾件和減重材料等；在航空航天方面可以用在商用飛機(jī)內(nèi)飾件、次承力件等，芳綸紙作為大飛機(jī)的內(nèi)飾件和結(jié)構(gòu)件的使用量每年將達(dá)到一個(gè)很客觀的數(shù)量；在交通水利方面可以用在大型水利發(fā)電機(jī)、傳統(tǒng)汽車啟發(fā)電機(jī)，新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。
芳綸紙蜂窩在降噪、隔熱性能方便也有良好的表現(xiàn)，未來(lái)，作為綠色建筑、節(jié)能建筑的新材料，在建筑領(lǐng)域也可以有更多的應(yīng)用空間。
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