【原创】碳纤维及其复合材料在管道补强中的应用


来源:中国粉体网   茜茜

[导读]  碳纤维一般是以聚丙烯腈为先驱体,经过高温炭化和石墨化处理而得到的碳含量在95%以上的一种无机非金属材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴方向堆砌而成的,经炭化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。

中国粉体网讯  碳纤维一般是以聚丙烯腈为先驱体,经过高温炭化和石墨化处理而得到的碳含量在95%以上的一种无机非金属材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴方向堆砌而成的,经炭化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。


碳纤维具有高比模量、高比强度、耐高温、抗蠕变、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、导电、热膨胀以及传热系数小的优点,同时它还兼具纤维的可编性和柔曲性能。


碳纤维的分类及特性

 

碳纤维的表面修饰


碳纤维凭借其优异的力学、热学性能,成功跻身于新型高性能纤维的行列。高比强、高比模量、导电、导热、耐高温等特性是碳纤维极具市场应用的前景,但是其惰性、光滑的表面难以与其他材料复合,极大程度上限制了碳纤维的应用。

对于这种问题。我们也经过长期的探索与研究,目前常用的碳纤维的处理方法有:


碳纤维表面结构特点示意图



碳纤维在管道维修补强中的应用


石油和天然气是宝贵的能源和化工原料,是当今最重要的能源之一。随着石油工业的飞速发展,管道运输也蓬勃发展,加之管道运输具有输送成本低、效率高、建设周期短、占地少、安全无污染的优点,已经成为石油工业中应用最广的运输方式之一。


由于长输原油管道大多在野外埋地敷设,在环境作用下极易发生腐蚀破坏现象,且由于工作压力较大,一旦发生腐蚀穿孔,将会造成大量原油泄漏,严重污染环境,威胁人身安全,给企业造成巨大的经济损失。


据报道,我国早期使用的管线,其爆裂事故率每千公里已经高达7-10次/年,并且在用于管道维修方面的费用约占新建管道工程建设投资的10%-20%,因此,对于油气管道的修复工作就更为重要。

 

需进行修复补强的管道


这些年对于管道修复的方案不胜枚举,例如采用焊接修复或换管,但焊接引起的管道事故也是层出不穷,换管的经济成本又很高。在比较传统的管道修复方法之后,碳纤维复合材料的出现无疑解决了管道维修中的难题。碳纤维复合材料具有施工过程中无明火操作、安全和快捷等工艺特点以及良好的修复补强效果。

 

碳纤维复合材料补强示意图


碳纤维复合材料补强技术优点:


(1)免焊不动火,避免焊接带来的风险;


(2)适用于各种管道系统:尤其输送管道、水管、化工厂管道等;


(3)碳纤维弹性模量与钢的弹性模量十分接近,因此有利于碳纤维复合材料尽可能多的承载管道的压力,限制管道的膨胀变形,降低含缺陷管道的应力水平;


(4)碳纤维的抗拉强度高,因此碳纤维复合材料用于管道修复具有极高的安全性;并且碳纤维复合材料具有优异的抗蠕变性能,故其强度随着服役时间增加基本保持不变;


(5)碳纤维复合材料补强层厚度小,方便后续的防腐处理。


碳纤维自从在上世界发展以来,已经在众多领域得到应用,例如在汽车、航空航天等,想知道更多关于碳纤维的知识吗?想知道与碳纤维有关的各种话题吗?那你必须来参加低维碳纳米制备与交流大会。


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作者:茜茜

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