聚丙烯腈纤维
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聚丙烯腈纤维范文第1篇
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
在工程界中已经逐渐认识到聚丙烯腈纤维在混凝土中的重要作用。它具备的优势对建筑工程都起到了积极的促进作用，因此，我们可以对聚丙烯腈纤维混凝土在桥梁伸缩缝中的应用加以分析，以此来能够更进一步利用聚丙烯腈纤维的优势。
聚丙烯腈纤维的特性
聚丙烯腈纤维又被称为腈纶纤维，聚丙烯腈纤维具备着高强度的抗拉性、抗紫外性、耐高温性以及严寒性。作为加强水泥混凝土和沥青混凝土的材料，聚丙烯腈纤维对于混凝土的抗拉性、抗疲劳性和抗弯拉性都有很大的提高作用，而且对于混凝土早期的抗裂性有着很大的改善作用。。聚丙烯腈纤维的参数主要有：
桥梁伸缩缝中的问题
桥梁中的重要结构物就是伸缩缝。在受到复杂应力的作用下，锚定伸缩缝的混凝土通常都会出现啃边、掉脚、凹坑、破裂、锚固松动等现象。这就需要建设者要提高桥梁以及伸缩混凝土的强度，同时也需要它们具备足够的抗冲击性能、抗渗性能、耐冻融性能以及抗疲劳性能等等。
设计工程
1、工程项目：我们可以以某大桥为例，在桥梁伸缩缝中统一采用120性齿板伸缩缝，过渡段的混凝土为C40聚丙烯腈纤维砼。相关的试验人员为了提高砼的耐久性，保证工程质量，因此，对聚丙烯腈纤维在砼中的应用展开了试验工作。
2、试验材料：
水泥：采用中国水泥厂有效公司生产的42.5级普通的硅酸盐水泥；
细骨料：采用细度模数是2.6的中砂，含泥量是1.2%的细骨料；
粗集料：采用规格为5毫米到25毫米，含砂量为0.2%；
外加剂：采用重庆福云外加剂有限公司生产的FW-3A高效减水剂；
水：自来水。
3、配合比设计
配置强度：49.77MPa；
砼水灰比：0.38；
每立方米用水量是160千克；
每立方米砼消耗水泥量是421千克；
砂率：选用集料最大的是25毫米，水灰比是0.38。选择混凝土含砂率是40%。
粗、细骨料：每立方米分别是1091千克和728千克
基准配合比确定
我们可以以30天为试验期，水灰比分别增添或者是降低5%进行对比试验，使用三组，最终可以确定每立方米砼的各种材料用量是：
从上表中我们可以看出在选择水灰比是0.38时，每立方米所消耗的水泥是421千克，每立方米消耗砂是728；石子消耗量每立方米是1091千克，含水量是每立方米160千克，需要添加外加剂每立方米是9.5千克，总共容量是2409千克，30天后的抗压强度是51.6MPa。
设计掺入聚丙烯腈纤维配合比
1、设计砼强度等级为40级后，砼拌和物坍的落度应该是75毫米到115毫米，含砂率最好应该是在36%到46%。
2、选用纤维长度是9毫米，断裂的长度是729MPa，断裂的伸长率是15%，纤维的密度是每立方米是1.2%，弹性模量是10561MPa。水泥量、含砂量、碎石、外加剂如上面我们所说。
3、我们从上一个表中可以知道每立方米水泥、砂、石子、水、外加剂分别是421、728、1091、160、9.5千克，每立方米掺进聚丙烯腈纤维最适合的是每立方米添加1.6千克，我们可以做3组试验，根据30天试验期，石灰比增添或者降低2%，以此来选择优秀的方案。
第一组：当石灰比是0.38时，每立方米水泥含量是421千克，含砂量是728千克，含石量是1091千克，含水量是160千克，外加剂是9.5千克，纤维是1.6千克，30天后的抗压强度是53.2MPa；
第二组：当石灰比是0.40时，每立方米水泥含量是405千克，含砂量是744千克，含石量是1101千克，含水量是160千克，外加剂是9.1千克，纤维是1.6千克，30天后的抗压强度是52.2MPa；
第三组：当石灰比是0.42时，每立方米水泥含量是409千克，含砂量是750千克，含石量是1091千克，含水量是160千克，外加剂是8.8千克，纤维是1.6千克，30天后的抗压强度是52MPa。
根据反复的试验后，仔细观察砼拌和以及其抗压强度，发现其比普通的砼的效果看起来要好的很多，并且坍落度是110毫米。我们可以将第一个未添加纤维同添加纤维进行对比，会发现当，石灰比都是0.38时，水泥含量、含砂量、碎石容量、含水量在相同时，未添加纤维的强度低于添加纤维砼的强度。未添加纤维的强度是51.6MPa，添加纤维的强度是53.2MPa。
砼在添加聚丙烯腈纤维后的使用效果
1、在经过对某大桥进行砼施工试验后，可以看出在减价聚丙烯腈后，砼拌以及物的和易性、流动性、密实性还有耐久性都进一步得到了改善，并且在经过温度变化后，混凝土容易出现的断裂也得到了改善。在混凝土的内部，纤维均匀分布在其中，当混凝土要出现裂缝时受到了纤维的阻碍，因此需要消耗一定的能量，然后使得裂缝很难发展。
2、聚丙烯腈纤维砼对于早期产生的发展的干缩裂纹有着很好的抑制作用，尤其是在产生连通裂缝上起到了有效的控制，在混凝土内部中均匀分布的大量的纤维在面对混凝土表面上的离析的骨料时有着很好的控制作用，从而在最大程度上降低了混凝土中的孔隙含量，提高了混凝土的抗渗能力。
3、聚丙烯腈纤维砼在添加纤维和水泥进行凝固后，阻碍了裂缝的产生和发展，提高了混凝土的韧性，另一方面，对混凝土的泌水性也得到了很大的改善作用。纤维在和水泥基料紧密的结合在一起后，使得水泥中的水分能够更加彻底的得到反应，减少了骨料的离析，从而能够均匀的配给，混凝土的整体强度得到了有效的保持，阻挡了混凝土中裂缝的发展，提高了混凝土的抗冲击能力。
五、施工应该注意事项
1、虽然聚丙烯腈纤维综合性的指标高于普通砼，但是并不能将纤维当作“增强筋”来承受负荷，不能改变工程的原有结构设计；
2、聚丙烯腈纤维的坍落度要控制在70毫米到110毫米之间，同时也要根据天气的变化、风速以及运距长短进行适合的调整，从而提高混凝土的施工质量。如果工程真的需要提高坍落度时，要加大其减水剂的用量，但是不能单独的加大用水量。
3、必须要严格按照工程施工规范对聚丙烯腈纤维进行养护，以此来发挥其最大的作用。
总结
聚丙烯腈纤维作为混凝土的次要加筋材料，它的作用是非常明显的，可以提高混凝土的韧性、抗冲击性能抗渗性、抗冻性以及耐久性等，并且可以阻止出现裂缝的情况。因此在桥梁伸缩缝中要充分发挥聚丙烯腈纤维混凝土的应用，发挥其最大的作用。
参考文献：
[1]王黎明，唐维中，郭浩.聚丙烯纤维混凝土在桥面连续及伸缩缝中的应用[J].东北林业大学学报,2003,31(01):56-58.
聚丙烯腈纤维范文第2篇
聚丙烯腈基碳纤维是一种力学性能优异的新材料,在航空、航天、建筑、体育、汽车、医疗等领域得到广泛的应用。本文简要介绍了国内外PAN基碳纤维的发展历程和现状,PAN基碳纤维的制备、结构、性能及碳纤维的应用领域,详细介绍了PAN基碳纤维相关标准及检测,并对未来发展进行了展望。
关键词:碳纤维;聚丙烯腈;标准
Abstract: PAN-based Carbon fiber is a new material with exceptional mechanical property. It has been extensively applied in aviation, space flight, construct, sports, automobile, medical treatment, etc. fields. A brief review of the evolution and current situation of the PAN-based Carbon fiber at home and abroad were included. Furthermore, the preparation, structure, performance and the application area of the PAN-based Carbon fiber were also introduced. Interrelated standards and test methods were specifically expressed. The development in the future was prospected.
Key words: Carbon Fiber;Polyacrylonitrile;Standard
碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它不仅具有碳材料的固有特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000Mpa~43000Mpa,亦高于钢。材料的比强度愈高,则构件自重愈小;比模量愈高,则构件的刚度愈大,从这个意义上已预示了碳纤维在工程领域的广阔应用前景。
碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料,经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90%的特种纤维。碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能,是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料,同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。PAN基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好,因而发展很快,产量占到90%以上,成为最主要的品种。
1国内外聚丙烯腈基碳纤维的发展现状
1.1国外发展现状
1959年,媒体报道了日本的进藤昭南由聚丙烯腈长丝经预氧化、碳化而制成性能优良的碳纤维工艺专利,由于该工艺简单,产品力学性能优良,因此发展较快,开创了碳纤维的新时代。
世界上聚丙烯腈基碳纤维的生产,现在已分化为以美国为代表的大丝束碳纤维和以日本为代表的小丝束两大类。日本和美国所产的碳纤维约占全球总供应量的80%[1]。日本三家以腈纶纤维为主要产品的公司(东丽Toray、东邦Toho及三菱人造丝公司Mitsubishi)依靠其先进纺丝科学技术,形成高性能原丝生产的优势,大量生产高性能碳纤维,使日本成为碳纤维大国,无论质量还是数量均处于世界前三位,占据了世界78%左右的产量。日本Toray公司是世界上最大的PAN基碳纤维厂商,2003年生产能力为7350t/a,其中在日本国内生产能力4700t/a,在美国拥有产能1800t/a,另外在法国与Atofia合资的Soficar产能为850t/a。公司以生产小丝束PAN基碳纤维为主,在日本国内大丝束PAN基碳纤维的产能仅为300t/a。东邦人造丝是第二大碳纤维生产商,其碳纤维的生产能力为5800t/a,全是小丝束品种。三菱人造丝在日本国内产能为2700t/a,在海外美国Grafil的产能为700t/a,2001年三菱人造丝率先将设备投资增加27.5%,达到190亿元,将本国的产能提高500t/a,再将美国子公司Grafil的产能增加800t/a,这样两地的总产能达到4700t/a。世界主要PAN基碳纤维生产企业的产能见表1[2]。
国外PAN基碳纤维的主要消费地是美国、西欧地区和日本。2002年上述国家和地区共消费PAN基碳纤维约12000t,其中美国消费量4600t,西欧地区消费量为5200t(一般工业应用2800t,航空航天1710t,体育器材690t),日本消费量约2200t。在2006～2011年,世界的碳纤维平均年需求增长率约为11.7%,高于平均年增长率的是西欧及亚洲的一些国家,世界碳纤维消费量见表2[3]。
1.2国内发展现状
我国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代,几乎与世界同步开始碳纤维研究工作。80年代开始研究高强型碳纤维,多年来进展缓慢,但也取得了一定成绩。已经研制出接近日本东丽公司T-300水平的碳纤维产品,但产量和品质都远不能满足国内需要,与国外相比差距甚大,国内PAN基碳纤维总生产能力仅600t/a左右(包括正在筹建厂),实际生产量约仅为30~40t/a。进入21世纪以来发展较快,安徽华皖碳纤维公司率先引进了500t/a原丝、200t/aPAN基碳纤维(只有东丽碳纤维T-300水平),使我国碳纤维工业进入了产业化。随后,一些厂家相继加入碳纤维生产行列。据不完全统计,目前,我国已有12家生产规模大小不一(5～800t/a)的PAN基碳纤维生产厂家,合计生产能力为1310t/a。值得一提的是我国台湾地区的台塑集团,在20世纪80年代中期从美国Hitco公司引进百吨级碳纤维生产线,经消化、吸收和配套后得到迅速发展,台塑产量增加很快,但碳纤维质量的提高幅度并不大。
我国一些研究单位和高校都投入相当力量进行研究,并根据实验室研究成果建立一些中试装置;也尝试从国外引进专利技术与小规模生产设备,我国碳纤维现在仍处于艰难起步阶段,碳纤维的研制生产发展较慢,与国际先进水平相比,国产碳纤维突出问题是强度低、均匀性差、稳定性差、毛丝多、实际生产量低,其根本的原因是我国的原丝质量不过关[4-5],影响了我国碳纤维的发展。解决碳纤维用聚丙烯腈原丝生产这一技术关键,不能依赖技术引进,而应集中力量,汇集国内从事与此领域有关各方人力,选择国内经济实力和客观条件较好企业作为实施基地,进行高起点技术攻关。目前我国碳纤维90%以上依赖进口,极大地制约了我国相关产业的发展。
2PAN基碳纤维的制备、结构、性能
2.1PAN基碳纤维的制备
聚丙烯腈基碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维,主要做复合材料用增强体。无论均聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。为了制造出高性能碳纤维并提高生产率,工业上常采用共聚聚丙烯腈纤维为原料。对原料的要求是:杂质、缺陷少;细度均匀,并越细越好;强度高,毛丝少;纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好,通常大于80%;热转化性能好。
生产中制取聚丙烯腈纤维的过程是:先由丙烯腈和其他少量第二、第三单体(丙烯酸甲醋、甲叉丁二酯等)共聚生成共聚聚丙烯腈树脂(分子量高于 6～8万),然后树脂经溶剂(硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等)溶解,形成粘度适宜的纺丝液,经湿法、干法或干-湿法进行纺丝,再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维。若将聚丙烯腈纤维直接加热易熔化,不能保持其原来的纤维状态。因此,制备碳纤维时,首先要将聚丙烯腈纤维放在空气中或其他氧化性气氛中进行低温热处理,即预氧化处理[6]。预氧化处理是纤维碳化的预备阶段。一般将纤维在空气下加热至约270℃,保温0.5h～3h,聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色,最后形成黑色的预氧化纤维。这是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后,发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯形高分子的结果。再将预氧化纤维在氮气中进行高温处理(l600℃),即碳化处理,则纤维进一步产生交联环化、芳构化及缩聚等反应,并脱除氢、氮、氧原子,最后形成二维碳环平面网状结构和层片粗糙平行的乱层石墨结构的碳纤维。
由PAN原丝制备碳纤维的工艺流程如下:PAN原丝预氧化碳化石墨化表面处理卷取碳纤维。
2.2结构
碳纤维是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向堆砌而成的所谓“乱层”结构,通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成,其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大[7]。碳纤维各层面间的间距约为3.39～3.42Å,各平行层面间的各个碳原子,排列不如石墨那样规整,层与层之间借范德华力连接在一起。
2.3性能特征
碳纤维的化学性能与碳十分相似,在空气中当温度高于400℃时即发生明显的氧化,氧化产物CO2、CO在纤维表面散失,所以其在空气中的使用温度不能太高,一般在360℃以下。但在隔绝氧的情况下,使用温度可大大提高到1500℃～2000℃,而且温度越高,纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度,因而碳纤维忌径向强力(即不能打结)[8]。
碳纤维有通用型(GP)、高强型(HT)、高模型(HM)、高强高模(HP)等多种规格,其性能指标见表3。
碳纤维有如下的优良特性:① 比重轻、密度小;② 超高强力与模量;③ 纤维细而柔软;④ 耐磨、耐疲劳、减震吸能等物理机械性能优异;⑤ 耐酸、碱和盐腐蚀,可形成多孔、表面活性、吸附性强的活性炭纤维;⑥ 热膨胀系数小,导热率高,不出现蓄能和过热;高温下尺寸稳定性好,不燃,热分解温度800℃,极限氧指数55;⑦ 导电性、X射线透过性及电磁波遮蔽性良好;⑧ 具有性,不沾润在熔融金属中,可使其复合材料磨损率降低;⑨ 生物相容性好,生理适应性强。
碳纤维力学性能主要是抗张强度、弹性模量和断裂伸长等3个参数,变异系数即CV值= 标准偏差/平均值×100(%) ,碳纤维的CV值是设计构建的一项重要指标,如果碳纤维的CV值较小,涉及碳纤维拉伸强度等利用率高,可充分发挥其增强效果。在使用碳纤维时,大多制造成复合材料的结构件。对于同一性能的结构件,碳纤维的CV值越小,用量少,增强效果好;如果CV值较大,用量较多,构件笨重,增强效果差。表4为民用碳纤维的力学性能[9]。
由表4可看出,所生产的碳纤维具有较高的强度和模量,而伸长率较低,表明该材料具有较大的刚性;同时材料的拉伸强度和弹性模量的CV值都较低,表明材料的均一性较好。
3PAN基碳纤维的应用
碳纤维复合材料是为满足航天、航空等军事部门的需要而发展起来的新型材料,但因一般工业部门对产品的质量和可靠性要求不及上述部门严格,故开发应用的周期较短,推广应用得很快,被广泛应用于各种民用工业领域。碳纤维除用于高温绝热材料及除电刷子之外,一般并不单独使用,常加入到树脂(以环氧、酚醛为主)、金属或陶瓷、碳、水泥等基体中,构成碳纤维增强复合材料,是一种极为有用的结构材料。它不仅质轻、耐高温,而且有很高的抗拉强度和弹性模量。
3.1航空航天
碳纤维复合材料具有高比强度、高比刚度(比模量)、耐高温、可设计性强等一系列独特优点,是导弹、运载火箭、人造卫星、宇宙飞船、雷达[10]等结构上不可或缺的战略材料。航空则以客机、直升机、军用机为主要应用对象。
3.2文体和医疗用品
文体休闲用品是碳纤维复合材料应用的重要领域,高尔夫球杆、网球拍和钓鱼竿是三大支柱产品,其次是自行车、赛车、赛艇、弓箭、滑雪板、撑杆和乐器外壳等。医疗领域包括医学上用的移植物、缝合线、假肢、人造骨骼、韧带、关节以及X光透视机等。
3.3一般工业
碳纤维复合材料在汽车工业用于汽车骨架、活塞、传动轴、刹车装置等;在能源领域应用于风力发电叶片、新型储能电池、压缩天然气贮罐、采油平台等;碳纤维因其质轻高强和极好的导电性及非磁性而在电子工业中用于制备电子仪器仪表、卫星天线[11]、雷达等;碳纤维增强材料(CFRC)与钢筋混凝土相比,抗张强度与抗弯强度高5到10倍,弯曲韧度和伸长应变能力高20~30倍,重量却只有l/2,已被广泛应用于房屋、桥梁、隧道等基础设施的混凝土结构增强工程中[12-13]。
4PAN基碳纤维相关标准
目前,我国针对碳纤维的性能及其在复合材料中的应用,制定了相关标准,现行碳纤维相关标准有:
GB/T 3362―2005碳纤维复丝拉伸性能试验方法,适用于1K～12K碳纤维复丝浸胶后测定其拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率。
GB 3362―1982碳纤维复丝纤维根数检验方法(显微镜法),是适用于测定碳纤维复丝中的纤维根数。
GB 3364―1982碳纤维直径和当量直径检验方法(显微镜法),适用于测定圆形截面碳纤维的直径和异形截面碳纤维的当量直径。GB 3365―1982碳纤维增强塑料孔隙含量检验方法(显微镜法)用于测定单向、正交及多向铺层的碳纤维增强塑料的孔隙含量。
GB/T 3355―2005碳纤维增强塑料树脂含量试验方法,适用于硫酸在一定条件下能使树脂基体完全分解又不过分地腐蚀纤维的碳纤维增强塑料。
GB 3366―1996碳纤维增强塑料纤维体积含量试验方法,适用于测定单向、正交及多向铺层的碳纤维增强塑料的纤维体积含量。
QJ 3074―1998碳纤维及其复合材料电阻率测试方法,适用于航天产品用碳纤维及碳纤维复合材料电阻率的测试。
目前,碳纤维产业正处于上升期,随着碳纤维工业的发展和技术的进步,我国碳纤维的产量会增加,质量会提高,品种也会有所增多,碳纤维性能也必将进一步提高,工业要求也将越来越高,为确保材料、产品、过程能够符合需要,也必须制定更新、更跟得上时代要求的标准。
5展望
人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质的提高方面正在发挥越来越重要的作用,对我国产业结构的调整和许多传统材料的更新换代有重要意义。碳纤维是一种重要的高技术材料,不但事关国防建设,民用市场也前景广阔。但我国研究了几十年,由于这样那样的原因,一直没有搞上去,关键设备技术突不破,性能上不去,成本下不来,碳纤维及其制品难以产业化,从而大大制约了我国相关高新技术领域的发展[14]。要正确、科学、实事求是地总结过去,在总结经验教训的基础上,注重将基础性研究成果或者单元研究结果及时应用到中试线和工业生产线上,寻找一条切合国情的健康发展之路,实现我国高性能PAN基碳纤维的跨越式发展。
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聚丙烯腈纤维范文第3篇
1静电纺丝原理
静电纺丝的前驱体有聚合物溶液和高温熔融聚合物。聚合物溶液是将聚合物溶于一种合适的溶剂，形成具有一定浓度、黏度、电导率的溶液，然后进行静电纺丝制备纳米纤维，表1列举了一些用于静电纺丝的聚合物种类;还有一部分高分子聚合物如聚乙烯、尼龙－12等，能在高温熔融状态下进行静电纺丝，但需要在真空条件下进行。已有数十种高分子聚合物通过静电纺丝过程成功制备成纳米纤维。静电纺丝过程中聚合物溶液的性质、电纺参数以及环境因素都会对纺丝过程和产物形貌产生影响，调整好参数，才能得到均匀、连续的碳纤维。聚合物溶液性质包括表面张力、电导率和黏度，聚合物的相对分子质量、溶液浓度和溶剂种类以及添加剂对影响溶液的电导率、黏度等有很大影响，浓度越高，黏度越大，一般浓度要在一定的范围内纺丝才能顺利，过低时纤维有串珠，或者只是液滴，过高时也不能形成纤维。Koshi等研究了不同重均相对分子质量的聚乙烯醇对纤维结构的影响，发现纤维直径随着聚合物相对分子质量的增大而变大，Wang对热固性酚醛树脂/乙醇体系静电纺丝研究表明，当质量分数低于35%时，黏度调节至15～30mPa•s时，可以纺出均匀连续的纤维。电纺参数包括溶液流速、施加电压、接受距离，每个聚合物溶液体系都有合适的接受距离、电压及流速范围。环境因素包括温度和湿度，静电纺丝过程很容易受到温度、湿度的影响，温度和湿度影响溶剂挥发速度，湿度会对纤维形貌和孔结构产生影响。
2电纺碳纳米纤维的特性
静电纺丝制备的纳米纤维要经过高温碳化过程转化成碳纳米纤维，碳化过程通常在惰性气氛保护下进行，使纤维发生氧化、交联等反应，纤维内部结构向碳碳结构转换。聚丙烯腈、沥青和酚醛纤维在碳化之前还要进行预氧化或稳定化过程，使纤维中分子环化和脱氢，转化为耐热结构。聚丙烯腈通常在空气气氛中280℃进行预氧化处理，然后在惰性气氛中600～1100℃碳化处理。经过稳定化和碳化处理，纤维重量减小，直径变小，有所收缩。
2.1碳纳米纤维的孔结构纤维碳化过程中由于纤维中前驱体的裂解和易挥发组分的挥发，在纤维中形成一些微孔(孔径＜2nm)甚至中孔(2～50nm)，使碳化后的碳纳米纤维比表面积变大，尤其是以酚醛树脂为原料，所得到的碳纳米纤维具有丰富孔结构。王磊使用静电纺丝制备的热固性酚醛纤维毡，在600、800、1000、1200、1400℃碳化处理后发现碳收率从53.8%下降到50.5%，比表面积由600℃时的530m2/g上升到了1000℃时的838m2/g，随后又迅速下降至1400℃时的8m2/g，碳化过程中随着前驱体逐渐裂解形成越来越多的微孔，而温度过高时碳原子重排消除微孔形成大孔(孔径＞50nm)。为了增加比表面积和调整孔径分布，常使用水蒸气、CO2和KOH等试剂对碳纳米纤维进行活化处理，以获得不同比表面积和孔径分布的活性碳纳米纤维。在聚合物前驱体溶液中加入不同的添加剂，可以获得不同孔径分布和比表面积的碳纤维。Zhang等在聚丙烯腈前驱体溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，静电纺丝制备出纳米纤维，100℃水热条件下除去聚乙烯吡咯烷酮，再1000℃碳化处理，聚乙烯吡咯烷酮的加入提高了聚丙烯腈碳纤维的比表面积和孔径分布。在纺丝前驱体溶液中加入模板、表面活性剂或MgO前驱体进行纺丝，可以调节纤维的中孔分布。
2.2碳纳米纤维的导电性在用作电极材料、催化剂负载材料等时需要静电纺丝制备的碳纳米纤维具备高导电性。碳化温度较低时碳纳米纤维大多是无序结构，还包含很多非碳原子，高温处理可以使碳纳米纤维中非碳原子大大减少，同时提高碳纳米纤维中的石墨化结构，从而提高碳纳米纤维的导电性;但会使碳纳米纤维中的微孔、中孔减少。聚丙烯腈基碳纳米纤维由于需要预氧化处理以保持碳化后的纤维形貌，而不容易获得高度石墨化的碳纳米纤维。在2800℃处理后电导率20S/cm，但石墨化程度仍较低。而聚酰亚胺碳纳米纤维不需要预氧化处理，高温处理后石墨化程度较高。在碳纳米纤维上负载多壁碳纳米管，可以提高碳纳米纤维的导电性。Guo在聚丙烯腈静电纺丝前驱体溶液中加入多壁碳纳米管，制备出掺杂碳纳米管的碳纳米纤维，掺杂质量分数8%时使碳纳米纤维的导电性从0.86S/cm提高到5.32S/cm。
3电纺碳纳米纤维的应用
静电纺丝制备的碳纳米纤维具有高导电性、高比表面积等特点，使其在电极材料、吸附材料、催化剂载体等方面得到广泛应用。
3.1电容式脱盐电极材料静电纺丝制备的碳纤维布具有较大比表面积，优异的导电性，柔韧性好，常用于电容式脱盐装置电极吸附材料。电容式脱盐是利用类似于电容器的装置去除水中离子的水处理技术，在用作电容式15脱盐电极时，静电纺丝碳纤维布不需要额外处理，可以直接使用。Wang通过静电纺丝制备出聚丙烯腈纳米纤维在800℃碳化、活化处理后，用作电容式脱盐电极材料，对初始浓度60mg/L的氯化钠溶液的电容式吸附量达到3.1mg/g，远高于未活化的碳纤维。王磊使用静电纺丝制备的酚醛碳纤维毡作为电容式脱盐的电极材料，用以电吸附脱除水中初始浓度100mg/L的氯化钠离子，电容式脱盐量达到5.4mg/g。使用活化后的酚醛碳纤维，电容式脱盐量达到7.6mg/g。Bai在聚丙烯腈前驱体溶液中加入氧化石墨烯，将静电纺丝制备的纤维经过预氧化、碳化、活化处理后，制备出含氧化石墨烯的碳纳米纤维，氧化石墨烯的加入提高了纤维的中孔比率和导电性，用作电容式脱盐电极材料时比未添加氧化石墨烯的碳纳米纤维具有更高的吸附量。
3.2电容器电极材料多孔碳材料常用作电容器电极材料，商用的电容器一般使用活性碳材料。最新研究发现模板碳、碳纳米管和碳纳米纤维可用于提高电容器性能。静电纺丝可以制备网状碳纳米纤维，通过控制纳米纤维孔结构、负载离子到纳米碳纤维从而增加形成赝电容，提高电容器的性能。Iijima等通过静电纺丝制备的聚丙烯腈基碳纳米纤维，在700、750和800℃水蒸气活化后，用作质量分数30%KOH水溶液的电容器电极材料，700℃活化样品比表面积达到1230m2/g，含有一些微孔，在10mA/g的低放电电流密度下容量达到173F/g，800℃活化样品比表面积为850m2/g，含有一些中孔，在1000mA/g的高电流密度时电容达到120F/g。Ju等在聚丙烯腈溶液中掺入质量分数15%的醋酸纤维素静电纺丝制备的碳纳米纤维微孔比表面积919m2/g，中孔比表面积241m2/g，在6mol/L的KOH水溶液中电流密度1mA/cm时电容达到245F/g;在PAN/DMF前驱体溶液中掺入多壁碳纳米管静电纺丝制备的碳纳米纤维提高了电容器的性能，掺入质量分数3%的多壁碳纳米管使碳纳米纤维比表面积提高到1170m2/g，电导率达到0.98S/cm，电容器电容值在6mol/L的KOH水溶液中达到180F/g。为了增加赝电容，在PAN/DMF溶液中添加乙酰丙酮钌进行静电纺丝制备出负载钌离子的碳纳米纤维，负载质量分数7.31%钌的碳纳米纤维在6mol/L的KOH中电容达到391F/g，而未负载钌的碳纳米纤维电容仅为140F/g。Wang在聚丙烯腈前驱体溶液中加入碳纳米管，制备出复合了碳纳米管的的碳纳米纤维，将制得的纤维浸入0.1mol/L的KMnO4溶液中超声30min，制备出负载了MnO2的纤维，用作电容器电极时电容达到374F/g。
3.3锂离子二次电池阳极材料静电纺丝制备的碳纳米纤维由于不需要添加导电添加剂和黏结剂，在用作锂离子二次电池阳极材料方面有一定优势，但是由于大部分纤维石墨化程度低，不能像天然石墨一样提供低的不可逆容量。Kim等将制备的PAN基碳纳米纤维1000℃热处理后，电流密度30mA/g时，可逆放电容量450mA•h/g，略微高于天然石墨，而不可逆容量高达500mA•h/g。Ji等在PAN/DMF溶液中加入聚乳酸制备的碳纳米纤维，微孔孔容0.086cm3/g，在电流密度50mA/g，50次循环后可逆放电容量达到435mA•h/g。Ji等在PAN/DMF溶液中加入SiO2颗粒制备碳纳米纤维，然后滤除SiO2造孔，比表面积只有92m2/g，但首次循环不可逆容量超过1000mA•h/g。在PAN/DMF溶液中加入质量分数15%硅纳米颗粒，静电纺丝制备纳米纤维在700℃碳化处理，首次循环可逆放电容量高达855mA•h/g，不可逆容量312mA•h/g，比不加硅纳米颗粒的碳纳米纤维高的多。Ji等在PAN/DMF前驱体溶液中加入乙酸锰，静电纺丝制备纳米纤维700℃碳化处理得到含有MnO和Mn3O4的纳米纤维，循环性能稳定。加入质量分数50%乙酸锰的碳纳米纤维稳定容量在600mA•h/g，比不加乙酸锰的碳纳米纤维高的多。Steven等将硅包覆在垂直碳纳米纤维表面，并将其用于锂离子二次电池阳极材料，结果显示该材料的电容量(以1g硅计)达到了3000～3650mA•h/g，而且经过100次充放电循环后电容量仍然保持89%。Kim等以静电纺丝技术制备出可用于锂离子二次电池阳极材料的碳纤维，比表面积500～1200m2/g，比电容达到35～202F/g。Chen利用纺丝技术制备出高导电性的碳/钴纳米复合纤维，可逆容量大于800mA•h/g。Nan在聚丙烯酸/二甲基乙酰胺前驱体溶液中加入正硅酸乙酯和盐酸，通过静电纺丝制备出含有SiO2的碳纳米纤维，使用氢氟酸去除掉SiO2纳米粒子，得到的纤维比表面积达到950m2/g，用作锂离子二次电池阳极材料时首次循环容量达到730mA•h/g。
3.4催化剂及催化剂载体材料静电纺丝制备的碳纤维薄膜具有大比表面积，孔径发达，易于回收，可以重复使用，常用作催化剂载体。Wang将静电纺丝制备的聚丙烯腈纤维进行活化和石墨化处理后用于室温下对NO的催化氧化，发现活性碳纳米纤维及1900和2400℃石墨化处理的碳纳米纤维对NO的催化氧化率分别是11%，38%和45%，石墨化的碳纳米纤维为NO催化氧化为NO2提供了更多的活性点位。陈莹莹以PVP/Ti(OC4H9)4前驱体溶液电纺制备出纳米线，再在不同温度下煅烧制备出具有光催化性能的TiO2纳米线，对罗丹明B降解效果明显。Sundara-murthy使用Fe(acac)3/PVP乙醇溶液体系电纺出纤维，在500℃退火5h，制备出a-Fe2O3纤维，对有机染料刚果红的光催化降解率达到90%。
3.5吸附过滤材料静电纺丝制备的碳纳米纤维形成的纤维膜气流阻力小，孔隙度高而孔径小，比表面积高，表面黏结性好，是高效的过滤材料。Bai将静电纺丝制备的活性碳纳米纤维使用硝酸和硫酸进行氧化处理，处理后的活性碳纳米纤维表面官能团更加丰富，表面极性变大，对丁酮、乙醇等极性有机组分的吸附能力更强。将碳纳米纤维与其他机体复合，制成防护服，用作分子过滤、生化阻隔、吸收和降解有害气体。Gibson在电纺法的纤维薄膜中引入把活性碳、碳纳米管和酶粒子引入电纺丝薄膜，制备化学生物保护膜，有效地捕捉空气中的粒子，具有防生化武器的基本功能。
4结语
聚丙烯腈纤维范文第4篇
关键词：碳纤维产业；发展；趋势
碳纤维材料目前主要应用在飞机、导弹、宇宙飞行器、卫星、钓鱼竿、高尔夫球棒、人造假肢、光学仪器及汽车等行业，随着碳纤维材料性能的提高和稳定，应用越来越广泛。这种材料密度小、强度高、耐腐蚀，耐热。材料的优异力学性能和物理特性引起了各国家的高度重视，从而得到了快速发展。我国碳纤维产业起步较晚，与发达国家存在一定差距，我国相关科研部门和企业单位正投入巨大精力和经费进行研发，借以突破发达国家对这种材料造成的垄断，为我国民用、工业发展和国防武器研发奠定基础。
目前常用的碳纤维有聚丙烯腈基碳纤维、石墨碳纤维、沥青基碳纤维等。其中聚丙烯腈基碳纤维应用最为广泛。碳纤维产业是一个集中多种学科、多种技术于一体的高科技产业，产品科技价值高，技术瓶颈大、经济附加值高，制作工艺复杂，任何一个环节出现问题都影响最终的碳纤维成品质量。聚丙烯腈基碳纤维简称PAN，由日本人进藤昭男发明。本文将以聚丙烯腈基碳纤维设备为例阐述本行业的发展趋势，主要阐述世界上相关领域的发展现状，主要企事业单位发展状况，产品特点，碳纤维设备主要组成，各组成设备的主要技术特点及未来碳纤维行业发展趋势。
碳纤维行业国内外现状：美国主要有阿莫科公司和卓尔泰克公司。产能占世界第二位，技术较成熟。日本主要有东丽公司、三菱人造丝公司和东邦公司，日本是碳纤维产业的发源地，技术成熟，PAN基碳纤维产量在全世界遥遥领先，几乎达到垄断地位。民用和工业用途广泛，同时大量出口国外，新产品新技术不断出现。德国主要是西格里集团，西格里集团简称SGL，在产品的多样性和生产链的完整性方面优势明显，也是在德国本土为数不多的在碳纤维行业发展较好的公司。台湾主要是台塑集团，台塑集团相关技术引自美国，吸收消化和改进，学习进步的很快，目前产量达到世界第四位，但产品的技术水准和性能指标提高不大。我国的碳纤维产业一直处于其它国家的技术垄断当中，发展缓慢，严重依赖进口。这些年由于战略角度的考虑，国家把碳纤维产业列入863计划，国内从事相关研究的有中钢集团的吉林碳纤维材料厂、博云新材、中国科学院山西煤炭研究所、山东大学，黑龙江黑龙伟业碳纤维设备等公司，在国家政策的鼓励下，还有很多公司陆续成立，从事相关行业的配套生产。但国内主要还是以中试线调试为主，没有形成规模化生产，在世界上生产份额也少之又少。博云新材和中钢吉碳都是上市公司，资金实力雄厚，研发进展较快。国防科工委每年采购的碳纤维产品主要就来自中钢吉碳的全资子公司神州碳纤维公司，国内的中复神鹰集团目前已经批量投产，主要产品集中在T-300，其它产品处于不断的研发试验中。整体上看，我国在此行业起步较晚，但发展迅速，在技术公关、批量生产和人才储备上还需要很长的路要走，加上其它国家公司的价格打压，发展上困难重重。
碳纤维产品生产工序集合了众多学科，首先需要合格高质量的原丝，聚丙烯腈基的原丝生产要丙烯腈通过一系列化学反应和化学键的变化，要获得高质量的碳纤维原丝至关重要，原丝制成后还需要水洗、烘干、预氧化、低碳炉、高碳炉、挂浆、烘干、清洗、干燥、收丝等工序，制作成的碳纤维还需要进一步加工成其它如人造假肢的产品，其中的每一步都很关键，由于其生产链的复杂，本文仅就其中几个关键设备及关键点进行阐述。
预氧炉：PAN原丝预氧化时发生一系列化学反应，反应的具体情况还有待进一步研究，目前所知的是主要有热裂解反应和大分子链的重新组合。从加热方式上区分目前主要有外热循环式预氧化炉和内热式预氧化炉。预氧化炉对炉温的均匀性要求很高，预氧化过程中会产生气体和焦油，所以预氧化炉需要及时排出废气，预氧化的温度分梯度设置，每个加热区都要安装热电偶单独加热和控温。PAN原丝的预氧化的时间需要1小时到两小时，如果热空气循环利用，那么对热空气就要进行过滤处理，借以去除焦油、粉尘和毛丝。热风风向与原丝走向可以选择平行和垂直两种，要考虑热对流交换的效果和对原丝的影响来布置。同时预热炉内的焦油需要及时排出，在结构上应加以考虑。加热元件的安装和维护也要考虑方便，原丝在预氧化过程中颜色会逐渐变深，通过观察原丝表面的颜色可以大致判断预氧化的效果。
炭化炉：炭化炉主要有低温炭化炉和高温炭化炉，炭化炉的温度也分梯度设置，炭化过程中要避免空气的进入，碳化设备对密封性有很高的要求，尤其是炉头要设计合理，目前多采用非接触式迷宫密封，密封气体采用氮气，氮气的含氧量要复合要求。高温炭化炉工作温度较高，对加热元件和设备的保温性能要求更高，加热元件可以选用各向同性高纯石墨。加热元件两端接低电压，通过大电流流经高纯石墨发热加热，然后通过辐射形式将热量传递出去。炭化炉的废气处理要合理，避免造成空气污染，目前较好的方法是采用燃烧法。炭化炉的炉内压力要时时控制，加热元件的结构要合理，尽可能便于安装和维护。
牵伸装置：在碳纤维生产线中牵伸装置应用广泛，牵伸装置一方面可以改变原丝的输送方向，另一方面可以通过主动辊的线速度差改变牵引力，拉力的改变对碳纤维丝的相关性能有很大影响。牵伸辊的表面不能过于粗糙，以免使纤维丝产生毛刺，也不能过于光滑，要保证具有一定的摩擦力，同时要消除碳纤维和辊的接触过程中发生的静电。整个牵伸装置制作要位置准确，技术上复合运动要求。
如下图是国内黑龙伟业碳纤维设备公司生产调试的碳纤维生产线。图中可以看出各装置的布置，通过牵伸机、预氧化炉、低碳炉、高碳炉、清洗机、挂浆机、干燥装置等构成整条碳化线。
聚丙烯腈纤维范文第5篇
关键词：高速 有砟铁路桥面 防水 施工
Abstract: south railway 5 standard two widely division within the pipeline section 23 bridge deck waterproof construction as an example, summarizes the design speed of 250 km of railway bridge deck frantic jumble orbit in waterproof construction process is easy to appear problems and the countermeasures of the experience and the obtained. For the follow-up of railway bridge deck waterproof construction to provide the reference.
Keywords: high speed railway bridge deck is frantic jumble waterproof construction
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1、工程概况
新建南（宁）广（州）铁路为有砟轨道，I级干线，双线电气化，设计时速250km，线路全长577.1公里。南广铁路5标二分部管段内分部23座桥，位于广西东部藤县境内，丘陵地区，全桥位于R-5500和R-6000的曲线上，桥面宽度设计12.2m，孔垮设计为32m和24m。桥面防水包括桥面道砟槽板和桥面电缆槽的防水。桥面道砟槽（桥粱挡渣墙之间的桥面，含挡渣墙根部）防水层施工包括：基层处理、涂刷基层处理剂、铺设高聚物改性沥青防水卷材、浇筑C40细石聚丙烯腈纤维混凝土保护层。桥面电缆槽防水层电包括：基层处理、涂刷聚氨酯、浇筑保护层施工。
2、施工准备
全面掌握《客运专线铁路常用跨度梁桥面附属设施》通桥（2008）8388A中的有砟轨道桥面防水设计。结合设计要求熟悉《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件（科技基[2007]56号）》中的相关要求。二分部桥面采用长度小于33m，宽度100cm，厚度4.5mm的高聚物改性沥青卷材。
统计原材料规格型号及数量，列出各种材料的性能指标及检验频次。主要防水材料是RWB-801铁路桥、涵专用高聚物改性沥青卷材；高聚物改性沥青基层处理剂、聚氨酯防水涂料。
桥面排水方向（详见通桥[2008]8388A-61），有砟轨道桥面采用双侧挡水，挡砟墙内侧人字排水坡度2%，挡渣墙外侧电缆槽内从粱边到粱中心设置2%排水坡度。示意图如下：
2.1、地端子按照“铁路综合接地系统通号（2009）9301”检查数量、位置，进行电阻检测,单体电阻值不大于4Ω为合格。
2.2、桥台台顶道砟槽板高于设计高程的，人工处理台顶至设计高程；台顶低于设计高程的采取加厚防水保护层的方式解决。
2.3、挡渣墙倒角修整施工完毕。
2.4、挡渣墙管篦全部安装完成，安装前应在过水孔底部涂刷防水涂料且需铺设防水层。预留孔洞孔径不满足安装要求的，人工处理完毕，安放管篦。
2.5、梁上及桥台落水管盖全部安装到位。
2.6、梁体预留的提梁孔采用与梁同等标号的C50砼封闭。
2.7、粱面基层的浮浆、水泥硬皮、灰尘及污渍清理干净。
2.9、电缆槽的防水处理在槽内的接地完成、槽内基面找平后进行。
3、道砟板防水层施工
桥面道砟板防水层是指桥粱挡渣墙之间的桥面（含挡渣墙根部）的部分，包括：基层处理、涂刷基层处理剂、铺设高聚物改性沥青防水卷材、浇筑C40细石聚丙烯腈纤维混凝土保护层，防水布置如下图。
道砟板防水层施工是桥面防水的关键部位，也是施工的难点部位。
3.1基层面检查及处理
1) 防水层施工前先对基层面进行验收，在验收中，将采取各种措施进行缺陷项目的处理：发现桥面上有浮浆、杂物或者剥落、松散的部位，采用钢刷进行清除；在发现挡砟墙、竖墙或者梁面上有灰尘、砂粒等残留物，采用高压风吹掉灰尘或高压气枪冲掉砂粒；在出现有大面积油污的部位，采用购买的苏打水进行清理。
2) 基层面要做到平整，平整度的要求：用1米长靠尺测量，空隙不大于3mm，空隙只允许平缓变化，每米不应超过一次。
3.2 涂刷基层处理剂
1) 涂刷高聚物改性沥青基层处理剂时，基层要保持清洁干燥。
2) 高聚物改性沥青基层处理剂每平方米用量不少于0.4kg。
3) 在基层上涂刷高聚物改性沥青基层处理剂，应涂刷均匀、不露底面，不堆积。
3.3高聚物改性沥青防水卷材铺设
1) 防水层结构型式
高聚物改性沥青防水卷材防水体系构造示意图（道砟槽内）
2) 基层表面必须干净，无灰尘；不得有明水，严禁雨中施工。
3) 采用多台喷灯同时烘烤热熔铺贴卷材。
4) 当基层处理剂干燥不粘手时，方可进行卷材的铺贴。
5) 防水卷材纵、横向的搭接长度均不得小于100mm。在已涂刷基层处理剂并干燥的基层表面，留出搭接缝尺寸，将铺贴卷材的基准线弹好，以便按此基线记性卷材铺贴施工。
6) 卷材铺贴应从一端开始，桥面横向由低向高顺序进行；点燃喷灯，烘烤卷材底面的沥青层及基层上的处理剂（烘烤喷灯以距离卷材辊30cm左右为宜），烘烤要均匀，将卷材底面沥青层熔化后，即可向前滚铺。为保证卷材与基层的粘结，卷材热熔铺贴过程中，应边铺贴边滚压排气粘合，滚压工具可采用15～20kg重，1m长，直径约为15cm的钢辊。
7) 卷材底面熔化以沥青接近流淌，呈黑亮为度，不得过分加热后烧穿卷材。
8) 卷材搭接处的上层和下层卷材应完全热熔粘合，已保证搭接处粘贴牢固，搭接缝处应有自然溢出的熔融沥青。
9) 卷材铺贴到梁体周边收口部位时，滚压后应有自然溢出的熔融沥青。采用刮板抹平密封收口。
10) 防水层铺设施工环境温度不宜低于零下20℃。
9) 制作防水层时不得应流溅或其它原因而污染梁体。
3.4C40细石聚丙烯腈纤维混凝土保护层
1)浇筑C40细石聚丙烯腈纤维混凝土保护层时一定弄清排水方向、流水坡度应符合设计要求。（详见通桥[2008]8388A-61）。有砟混凝土桥面道砟槽内保护层设计为6cm厚。
桥面设计人字形排水，排水坡度2%。测量沿桥梁中线每4m布一个保护层标高控制点（此点在里程上距桥面泄水管2m），浇筑10cm*10 cm混凝土小墩，其顶面与保护层顶面平齐，沿桥梁中线保护层高程控制点拉线冲筋；在挡砟墙靠道砟槽一侧的根部，在泄水孔中心里程处，相邻泄水孔中间分别测量保护层顶面高程，标记在挡砟墙上，（两相邻泄水孔中间保护层顶面高程比泄水孔处高4cm,按照2%的汇水坡度计算）。分别以挡砟墙根部和桥梁中线的高程控制点基准拉线，并结合5m长的铝合金收面尺控制保护层顶面标高。
2)防水层铺贴完成后30分钟，即可浇筑保护层。
3)浇筑混凝土保护层时，其施工用具、材料必须轻吊轻放，严禁碰伤已铺设好的防水层。
4)保护层采用C40细石聚丙烯腈纤维混凝土。混凝土原材料配合比、混凝土拌合、浇筑和养护应符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的有关规定和设计要求。
5)桥面保护层纵向每隔4m、同时沿纵向在中间作一宽约10mm、深约保护层厚度的断缝。当保护层混凝土强度达到设计强度的50%以上时，用聚氨酯防水涂料将断缝填实、填满，不得污染保护层及梁体。
6）保护层表面应平整、流水畅通。
7） 应采用强制搅拌，搅拌时间不少于3min，注意纤维拌和均匀。
8） 采用平板振捣器捣实，振捣时间为20秒左右，并无可见空洞为止。
9）混凝土接近初凝时方可进行抹面，抹刀应光滑以免带出纤维，抹面时不得加水，抹面次数不宜过多。
10）混凝土浇筑完成后，应采取保水养护。冬季施工应加入防冻剂。自然养护时，桥面应采用草袋或麻袋覆盖，并在其上覆盖塑料薄膜，桥面混凝土洒水次数应能保持表面充分潮湿。当环境相对湿度小于60％时，自然养护应不少于28d；相对湿度在60％以上时，自然养护应不少于14d。
4、桥面电缆槽防水施工
电缆槽防水施工包括：基层处理、涂刷聚氨酯、浇筑保护层
4.1基层处理
见道砟板防水层的基层面检查及处理。
4.2涂刷聚氨酯
1）聚氨酯防水涂料总涂膜厚度不得小于2.0mm，每平方米用量约2.4kg。
2）准备圆形拌和桶、220V电源、手持式搅拌器、量具。
3）涂料主剂(甲组份)、固化剂(乙组份)须按产品说明进行配制，每种组份的称量误差不得大于±2％。
4）基层表面要干净，不得有明水，严禁雨中施工。
5）采用金属锯齿板(应保证涂膜厚度达到2.0mm)将涂料均匀涂刷于基层表面。基层要求坚固、平整、无杂物、充分干燥，阴、阳角要做成弧圆形，阴角直径大于50mm,阳角直径大于10mm。
6）采用人工涂刷配制涂料时，按照先主剂、后固化剂的顺序将液体倒入容器，并充分搅拌使其混合均匀。搅拌时间3～5min。
7）搅拌时不得加水，必须采用机械方法搅拌，搅拌器的转速宜在200～300转/分。
8）涂刷时应分2次进行，以防止气泡存于涂膜内。第一次使用平板在基面上刮涂一层厚度0.2mm左右的涂膜，1～2小时内使用金属锯齿板进行第二次刮涂。刮涂后应随即洒砂一层，砂粒直径20～40目为宜。
9）配制好的涂料应在20分钟内用完，随配随用。
10）对挡砟墙、竖墙等垂直部位使用毛刷或辊子先行涂刷，平面部位在其后涂刷。
11）不得使用风扇或类似工具缩短干燥时间。
12）涂刷后12小时内须防止雨淋及暴晒。
13）在胶粘材料固化前不得在其上行走或进行下道工序作业；防水层完全干固后，方可浇筑保护层。
4.3浇筑保护层
浇筑C40细石聚丙烯腈纤维混凝土保护层时一定弄清排水方向（详见通桥[2008]8388A-61）。保护层设计4cm厚，必须弹墨线控制流水方向和高程。
无声屏障的桥梁在梁体两端电缆槽内设置挡水台10cm宽，10cm高（高出保护层4～5cm即可）。
在接触网基础及挡水台处的保护层统一做成20cm～25cm长的斜坡，可保证电缆线布设竖向坡度不大于30cm,斜坡顶面与台阶顶面平齐。
电缆槽底部混凝土保护层表面必须平整、收光。
5细部防水处理
5.1 靠道砟槽内挡砟墙根部防水处理
道砟槽内桥面的防水卷材铺至挡砟墙根部，在挡砟墙根部处加铺卷材附加层，附加层沿挡砟墙弯起高度5cm，沿桥面水平宽度15cm,防水卷材上浇筑C40细石聚丙烯腈纤维混凝土（详见通桥[2008]8388A-40）。防水卷材搭接处采用粘结剂（聚氨酯）封边处理。在挡砟墙根部，距梁体顶面5cm处，弹一墨线（与纵坡一致），用以控制卷材弯起高度。
5.2 泄水管处防水处理
桥面泄水管处防水按照下图进行，采用高聚物改性沥青防水卷材，在管口处无需贴卷材附加层，直接将泄水管处的高聚物改性沥青防水卷材然后翻贴切开，然后翻贴至泄水管内壁（详见通桥[2008]8388A-40），按照B详图施工即可（详见通桥[2008]8388A-47）。泄水管处的保护层设置45°倒角，以便积水快速流到泄水孔（详见通桥[2008]8388A-02）。
5.3挡砟墙、竖墙排水孔
挡砟墙、竖墙过水孔底部及两侧涂刷聚氨酯（见通桥[2008]8388A-47），并浇筑C40细石聚丙烯腈纤维混凝土保护层，排水坡度2％。
5.4 靠电缆槽侧挡砟墙根部及竖墙根部防水处理（有泄水管）
对挡砟墙、竖墙等垂直部位使用毛刷或辊子先行涂刷，平面部位在其后涂刷。
电缆槽内保护层与挡砟墙及竖墙接缝处采用聚氨酯防水涂料封边，封边宽度大于8cm（见通桥[2008]8388A-40）。注意在电缆槽内的挡砟墙及竖墙根部竖向（不是水平向）无需防水涂料，水平方向有聚氨酯涂料。
6质量控制
6.1防水层及保护层允许偏差及检验方法按照《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件（科技基[2007]56号）》进行。
6.2防水涂料应涂刷均匀，无漏刷、无气泡。铺设完成后，用橡胶测厚仪检查涂层厚度，每孔梁检测10处。
6.3防水卷材的铺设应平整、无破损、无空鼓，搭接处及周边均不得翘起。
6.4保护层达到设计强度后，应钻取芯样进行混凝土与卷材或涂料的粘结强度检测，每孔梁检测3处。取样后的孔洞用聚氨酯防水涂料填满。
6.5保护层表面不得出现裂缝,防水卷材先试铺，再大面展开。
6.6施工时段安排在晴朗天气进行施工，尽量避免雨季施工,事先准备好各种防雨材料，在施工时如遇暴雨即可进行遮盖，防止雨水侵袭施工面。
