7月13日，日本帝人公司官网宣布其与株式会社熊谷组（以下简称“熊谷组”）联合开发了用于耐火建筑物的高纤维纤维增强集成材料。该材料通过将帝人公司的高性能纤维增强材料“LIVELY WOODⓇ（Livelywood）”和熊谷组公司的木质耐火构件“环保型λ-WOODⅡ”绝缘（覆盖）层耐火技术相融合，来实现建筑物高耐火目标。

上述集成材料在建材试验中心进行了梁的耐火试验，结果显示其性能满足适用于需要2小时耐火的建筑物的标准。帝人与熊谷组两家公司通过该集成材料，有力的促进了中大规模木制建筑物的普及，从而为实现可持续发展社会的目标作出贡献。

碳纤维作为“21 世纪新材料之王”，已广泛应用于军工、航天航空、新能源（风电叶片）、轨道交通、高端装备制造、体育休闲、建筑等领域，优异的力学性能和可加工性使其担负起新一代先进制造业、尤其是先进装备制造业的创新基石。

项目开发背景

近年来，从环保角度和日本国产材料高效利用等方面出发，独栋住宅以外的住宅和非住宅也开始选择使用木质材料来制造。随着对木质结构的大跨度化和高层化等日益期待，对构成木质结构建筑构件的性能要求也越来越高。另外，根据建筑基准法，一定规模以上的建筑物必须是耐火建筑物，必须使用具有规定耐火性能的木质结构件。帝人公司拥有“LIVELY WOODⓇ”的高性能纤维增强材料，这是一种通过使用碳纤维现有材料进行加固增强的集成材料，随着碳纤维增强，使得集成材料的刚度和强度得以提升，从而有助于扩大木结构建筑物的用途。由于碳纤维具有高刚度、低热膨胀率、尺寸稳定性优异，拥有铁的10倍强度，重量却只有铁的四分之一，实现了高强度和轻量性的兼顾。“LIVELY WOODⓇ”的特点是将碳纤维强化塑料（CFRP）夹在集成材之间，在保持木材所具有的轻量性、绝热性等优点的同时，实现高刚度和高强度的木质复合材料。作为梁使用时，有助于木质建筑的大跨度化等。另外，日本国内虽然杉树资源丰富，但由于强度低，作为建筑材料没有得到充分的利用，CFRP增强后可有效改善该局面。另一方面，“LIVELY WOODⓇ”不具有耐火性能，不能用于需要耐火性能的木造建筑物。

熊谷组表示“环保型λ-WOODⅡ”具备该技术，它是一种将芯材作为木材，通过在其周围添加耐火绝缘（覆盖）层来确保耐火性能的木质耐火部件技术，可以用木质结构中获得耐火建筑。“环保型λ-WOODⅡ”的特点则是以木材为芯材，在周围施加由石膏板构成的耐火绝缘层的木质耐火部件。而耐火绝缘层和芯材木质结构的拆卸分离有助于建筑物拆卸时的产业废弃物的降低和资源的再利用。但是“环保型λ-WOODⅡ”芯材所采用的木材是以现有的集成材料为基础，在建造大跨度化建筑时木材的部件性能略显不足。基于上述背景，帝人与熊谷组两者强强联合，通过将帝人的「LIVELY WOODⓇ」和熊谷组的「环保型λ-WOODⅡ」相结合，弥补彼此之间的性能得失，着手开发了可用于耐火建筑物的新的高性能纤维增强集成材料。

碳纤维能耐多少高温？

碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理，密度可达2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻，它的比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。

碳纤维的耐高温性居所有化纤之首，在不接触空气和氧化剂时,有的碳纤维甚至能够耐受3000℃以上的高温。高性能碳纤维是火箭、卫星、导 弹、战斗机和舰船等尖端武 器装备必不可少的战略新兴材料。在四代战机中的用量超过20%，无人机中的用量可达90%。

与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度下降越大。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)而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。

产品耐火性能研究

在对材料进行耐火性能确认的试验中，通过使用以“LIVELY WOODⓇ”为芯材的结构构件，采用“环保型λ-WOODⅡ”规格的耐火绝缘层为基础，在建材试验中心进行了梁的耐火试验，确认了梁的2小时耐火性能。

梁的2小时耐火性能是指耐火建筑物顶层起10以上14以内的层梁所要求的耐火性能。此次，一边施加负荷一边给予模拟了2小时的火灾的加热，确认了在火灾自然灭火之前的期间，即使受到加热也能确保构造安全性，负荷支撑部不会碳化等。

随着熊谷组和帝人两家公司专有的技术融合，开发出了耐火建筑物用高性能纤维增强材料，后续两家公司将反复研究本集成材料的实用化，以采用该材料的实际物件并实现多种木制建筑物为目标。

文章来源： 钱 鑫 博士，创想三维CREALITY，有料化工，瓴朗