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索具系統的主要功能是在空間中的多個點之間傳遞拉力，以防止這些點之間的過度變形。 對于纖維增強復合材料材質的索具系統，其初始性能主要取決于系統中使用的增強纖維，卷裝密度和取向度。與此同時，選擇增強基體的性能也尤為重要，因為基體關乎鎖具系統的耐久性或疲勞壽命等。 Nitronic 50是目前鋼索索具應用的標準材料，但現代索具系統中已經大量使用其他商品化增強纖維，不同材質索具材料的典型性能如表1所示。 除了上表列舉材料主要性能以外，耐用性也是影響其在索具系統中應用的關鍵，如據有關測試數據顯示，PBO纖維在暴露于日光下6個月后，殘余強度約為35％。 經過綜合對比，碳纖維材料是迄今為止現代索具系統最佳材料，因為其兼具機械性能、抗疲勞和蠕變、優異耐環境性等，使它成為索具系統的首選材料。 目前商品化碳纖維的拉伸強度與碳纖維的拉伸模量之間的關系如圖1所示。藍色區域表示市售產品的范圍，上方綠色區域表示該材料的未來潛力。相比之下，紅色星號表示使用預應力鋼的位置。此類鋼合金的抗拉強度性能比Nitronic 50高約50％。 圖1 商品化碳纖維性能及發展潛力
早在1977年國外就已經提出將碳纖維用于民用工程結構的抗拉構件，但由于當時碳纖維的材料成本阻止了這種用途，但其優異性能和耐久性的潛力使其具有廣闊應用前景。 上世紀90年代，國外開始嘗試碳纖維電纜的端接系統，而瑞士聯邦材料測試與研究機構EMPA的Urs Meier教授在這一領域做了開拓性工作，1996年他在圖2所示的懸索橋中首次使用了該技術，安裝了2條長度為35 m的碳纖維電纜。 圖2 1996年全球首條帶捆綁碳纖維電纜的公路橋梁 其中捆綁的碳纖維電纜橫截面如圖3所示，由241根平行線束組成，總斷裂強度為1200 t。電纜端接在一個楔形的錐形盆中。這些電纜已將負載傳感功能與本傳感器所述的光纖傳感器相結合。 圖3 碳纖維電纜截面結構 隨后在土木工程領域中，另一類被動粘結和預張緊的碳纖維纜繩被用于建筑物的抗震加固領域（如圖4所示）。 圖4 碳纖維在建筑補強領域實現應用 目前，碳纖維加固技術應景廣泛用于結構維修或翻新工程，下圖5為采用碳纖維材料對擁有400年歷史的舊橋梁進行加固處理。 圖5 碳纖維在土木結構修復中獲得應用
2001年，為了迎接即將到來的世界杯極限帆船比賽，Carbo Link公司開始與瑞士美洲杯帆船賽球隊Alinghi合作，建造了第一批基于熱塑性基體材質的碳纖維鋼索系統。 2003年，ORMA 60帆船配備了碳纖維側板和索具，如圖6所示，尤其需要指出的是，為了降低阻力，此時樹脂基體已經采用熱固性環氧樹脂來代替最初熱塑性樹脂。 圖6 V5 AC帆船中碳纖維鋼索獲得應用 圖7 Alinghi V采用高模量碳纖維脊骨鋼索 在本公眾號昨日發布的《深度解密國外民機軍機用碳纖維的型號及基體樹脂的牌號》一文中，詳細介紹了國外航空領域用碳纖維及樹脂材料體系的型號，部分讀者反饋，CFRP在有關飛機型號上具體應用不太詳細。 基于此，本公眾號針對碳纖維復合材料在國外軍用戰斗機，如F-15E戰斗轟炸機、F/A-18E/F“超級大黃蜂”第三代戰斗機、F-22“猛禽”第五代戰斗機、歐洲臺風Typhoon 戰斗機、美國B-2隱形轟戰機等應用進行詳細介紹。 明晚22:00，文章更精彩，敬請期待…… （歡迎分享，轉載請注明出處） |
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