導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇碳纖維復(fù)合材料，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、碳纖維復(fù)合材料的回收方法

1.高溫?zé)峤夥峤夥ㄊ钱?dāng)今唯一已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的回收方法，這種工藝是在高溫下使復(fù)合材料進(jìn)行降解，以得到表面干凈的碳纖維，同時(shí)還可以回收部分有機(jī)液體燃料。日本在福岡縣興建的中試廠，每年可處理碳纖維復(fù)合材料廢棄物60t。意大利的Karborek等開發(fā)了一種在加熱過(guò)程中碳纖維不會(huì)被碳化的工藝技術(shù)，可得到的比原始纖維長(zhǎng)度較短的碳纖維[4]。從2003年，英國(guó)的MilledCarbonFiberLtd.開始回收加工碳纖維復(fù)合材料，是全球首家商業(yè)運(yùn)營(yíng)的專業(yè)回收公司。他們利用一套長(zhǎng)達(dá)37m的熱分解設(shè)備，每年大約可處理2000t的廢棄碳纖維復(fù)合材料，所生產(chǎn)的再生碳纖維的產(chǎn)量為1200t。其處理方法是在無(wú)氧狀態(tài)下加熱碳纖維復(fù)合材料廢棄物，保持溫度在400～500℃之間，得到的清潔碳纖維可具有90%～95%原始纖維的力學(xué)性能，同時(shí)分解出的熱解氣或熱解油也可用作熱分解的加熱能量[5]。美國(guó)AdherentTechnologiesInc(ATI)發(fā)明了一種低溫、低壓的碳纖維復(fù)合材料熱分解工藝，檢測(cè)表明，用這種方法回收并處理后碳纖維的表面基本上沒有受到損傷，碳纖維強(qiáng)度比原始纖維降低約為9%左右[6]。丹麥的ReFiber公司通過(guò)在無(wú)氧環(huán)境條件下，在溫度為500℃的旋轉(zhuǎn)爐中將碳纖維復(fù)合材料氣化，成功地用高溫?zé)峤夥ɑ厥樟藦?fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片。德國(guó)的KarlMeyer再生材料公司開發(fā)的一種在加熱爐中通入保護(hù)氣體用以隔絕氧氣的新工藝，可使碳纖維復(fù)合材料分解后碳纖維基本沒有受到損傷。在這項(xiàng)工藝的研究中，該公司得到了陶氏化學(xué)公司和眾多研究所的技術(shù)支持和幫助，目前研制成功的試驗(yàn)裝置已經(jīng)正式投入了營(yíng)運(yùn)[7]。值得注意的是，采用高溫?zé)峤夥m然可以得到比較干凈、長(zhǎng)度較短的碳纖維，同時(shí)分解的復(fù)合材料的產(chǎn)物還可用作燃料或其他用途，但是碳纖維由于受到高溫和表面氧化等作用，碳纖維的力學(xué)性能降低的幅度比較大，這將使碳纖維的再利用受到一定的影響。

2.流化床熱分解法流化床熱分解法是一種采用高溫的空氣熱流對(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行高溫?zé)岱纸獾奶祭w維回收方法，通常這種工藝還采用旋風(fēng)分離器來(lái)獲得填料顆粒和表面干凈的碳纖維。英國(guó)諾丁漢大學(xué)對(duì)于流化床熱分解工藝方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明這種方法特別適用于那些含有其他混合物及污染物碳纖維復(fù)合材料報(bào)廢零部件的回收和利用[8]。Jiang等研究了在流化溫度500℃、流化速率1m/s、流化時(shí)間10min試驗(yàn)條件下得到回收纖維的表面特征，表面分析表明，碳纖維原始表面上的羥基(-OH)轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸潭雀咝┑聂驶?-C=O）和羧基（-COOH)，但其表面的氧/碳不變，而且碳纖維表面這種變化不影響回收纖維和環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強(qiáng)度[9]。Yip等用溫度450℃的流化熱流，其速率為lm/s、流化床上砂粒的平均粒度為0.85mm的條件下，對(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行熱分解試驗(yàn)，回收得到的碳纖維長(zhǎng)度為5.9～9.5mm。試驗(yàn)表明，回收纖維的拉伸強(qiáng)度約為原纖維的75%，而彈性模量基本上沒有變化，因而回收得到的碳纖維可部分或全部取代原始短切碳纖維；并且原始碳纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng)，回收得到的碳纖維的長(zhǎng)度也越長(zhǎng)[10]。大量的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，流化床熱分解造成碳纖維拉伸強(qiáng)度降低的主要影響因素是砂粒對(duì)纖維表面由于摩擦作用造成了一定的損傷，而且碳纖維與旋風(fēng)分離器壁的摩擦也造成了碳纖維表面的破壞。因此，雖然用流化床分解法回收可得到比較干凈的碳纖維，但由于這種工藝受高溫、砂粒磨損等影響，導(dǎo)致了碳纖維長(zhǎng)度變短和碳纖維力學(xué)性能下降，因而也將影響所回收碳纖維的實(shí)際應(yīng)用范圍。

3.超/亞臨界流體法當(dāng)液體的溫度及壓力處于臨界點(diǎn)或臨界點(diǎn)的附近時(shí)，液體的相對(duì)密度、溶解度、熱容量、介電常數(shù)及化學(xué)活性等各種性質(zhì)都將會(huì)發(fā)生急劇的變化，從而使液體具有很高的活性、極強(qiáng)的溶解性、特異的流動(dòng)性、滲透性、擴(kuò)散性等性質(zhì)，人們正是利用超/亞臨界液體的這些特性，利用它們具有對(duì)于高分子材料的獨(dú)特溶解性能來(lái)分解碳纖維復(fù)合材料，在期待能最大限度地保留碳纖維的原始性能的前提下，獲得到干凈的碳纖維。PineroHemanzR等研究了在超臨界水中碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的分解過(guò)程。試驗(yàn)表明，在673K、28MPa下經(jīng)30min反應(yīng)，環(huán)氧樹脂的分解率為79.3％，當(dāng)加入氫氧化鉀（KOH）催化劑，環(huán)氧樹脂的分解率達(dá)到95.3％，而且所得到的碳纖維的拉伸強(qiáng)度能夠保持為原始纖維的90％～98%[11]。XiuFR等在在固體與液體比例為1∶10～1∶30g/mL的條件下，經(jīng)過(guò)在溫度300～420℃時(shí)分別反應(yīng)30～120min后，研究了廢棄印刷電路板在超臨界甲醇中的分解機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果分析表明，上述條件下分解的主要產(chǎn)物為含苯酚和甲基苯酚衍生物，并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)反應(yīng)的溫度提高時(shí)，甲基苯酚衍生物的含量有所增加[12]。Liu等系統(tǒng)地研究了溫度、壓力、時(shí)間、催化劑及樹脂與水的比例這些因素對(duì)于復(fù)合材料分解的影響，表明原材料與水的比例對(duì)環(huán)氧樹脂的分解影響不大，而對(duì)于分解影響比較大的因素是分解反應(yīng)的溫度、時(shí)間和壓力。同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果還表明，當(dāng)原料比為1g復(fù)合材料∶5mL水時(shí)，在溫度為290℃、經(jīng)過(guò)75min反應(yīng)后，環(huán)氧樹脂的分解率可高達(dá)到100%[13]。Bai等研究了在30±1MPa和440±10℃條件下，氧化的超臨界水對(duì)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的分解過(guò)程，結(jié)果表明在樹脂的分解率為85%時(shí)，碳纖維的表面上仍然有少量的環(huán)氧樹脂存在；而當(dāng)樹脂的分解率達(dá)到96%時(shí)，在碳纖維的表面上已經(jīng)基本上沒有樹脂的殘留。所獲得的碳纖維力學(xué)性能測(cè)試表明，隨著樹脂分解率增加，碳纖維的拉伸強(qiáng)度也進(jìn)一步下降，分析認(rèn)為這是由于回收的碳纖維的表面發(fā)生了過(guò)度氧化所致[14]。日本的Okajima等在400℃、20MPa、45min的試驗(yàn)條件下，用2.5%碳酸鉀(KCO3)作催化劑，在超臨界狀態(tài)下環(huán)氧樹脂的分解率為70.9%，而且得到的碳纖維的拉伸強(qiáng)度比原始纖維下降了15%[15]。英國(guó)諾丁漢大學(xué)的Pickering研究團(tuán)隊(duì)在超臨界狀態(tài)下研究了水、二氧化碳，甲醇、乙醇、丙醇和丙酮等多種溶劑對(duì)于碳纖維復(fù)合材料的分解作用，結(jié)果表明丙醇的溶解作用最好。試驗(yàn)結(jié)果表明，用超臨界丙醇回收的碳纖維的拉伸強(qiáng)度和剛度的是原始纖維99%；同時(shí)，研究還表明，甲醇和乙醇對(duì)聚酯類樹脂的溶解效果比較好，而對(duì)環(huán)氧樹脂的溶解效果比較差，而丙醇可很好地分解環(huán)氧樹脂復(fù)合材料[16]。我國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)的白永平等在超臨界水中通過(guò)添加氧氣，使分解速度大大提高，而且回收得到的碳纖維的強(qiáng)度幾乎沒有下降[17]。

二、CFRP的回收存在的主要問題

由于熱固性塑料經(jīng)過(guò)固化處理后，其內(nèi)部交聯(lián)成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，因而具有了不溶于各種溶劑，在加熱過(guò)程中也不會(huì)熔化的特性，長(zhǎng)期放置或掩埋也不會(huì)分解。因此，熱固性復(fù)合材料廢棄物的回收早在20世紀(jì)90年代初就已經(jīng)受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注，然而到目前為止，雖然有一些工藝和設(shè)備已經(jīng)投入生產(chǎn)應(yīng)用，但大部分的研究還處于試驗(yàn)階段。從國(guó)內(nèi)外目前碳纖維回收技術(shù)來(lái)看，碳纖維復(fù)合材料的回收原料主要以生產(chǎn)廢料和損壞或淘汰的復(fù)合材料零部件等，因而對(duì)于不同種類的碳纖維復(fù)合材料廢料分類回收還沒有系統(tǒng)化；當(dāng)前大量采用的熱融化樹脂制取碳纖維絲束，導(dǎo)致碳纖維性能大大降低，其性能和價(jià)格在市場(chǎng)上沒有競(jìng)爭(zhēng)力；其他一些方法雖然可將碳纖維從復(fù)合材料中分離出來(lái)，但由于纖維變短和性能下降，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，因而還有待進(jìn)一步研究與完善[18]。近年來(lái)，各工業(yè)大國(guó)都在進(jìn)行碳纖維復(fù)合材料廢棄物的回收與再利用研究，以開發(fā)出高效、經(jīng)濟(jì)和可行的碳纖維回收利用技術(shù)，主要研究集中在粉碎碳纖維增強(qiáng)塑料、熱分解碳纖維復(fù)合材料、催化分解碳纖維復(fù)合材料、流化床回收碳纖維復(fù)合材料等回收工藝技術(shù)和再利用技術(shù)。如康隆(Cannon)公司參與了歐洲一個(gè)碳纖維回收再循環(huán)利用的項(xiàng)目，用回收的碳纖維絨毛或碳纖維氈加工復(fù)合材料部件，由于這些回收再利用碳纖維大約是原生材料價(jià)格的一半左右，而且其力學(xué)性能可達(dá)到全用新碳纖維制造部件的85%，因而經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

最近,德國(guó)的KarlMeyer再生材料公司在特殊的加熱爐中采用保護(hù)氣體的裝置回收碳纖維，所得到的碳纖維在外觀上與新碳纖維差別不很大，但纖維的長(zhǎng)度比較短，而且強(qiáng)度也有所下降，由于其價(jià)格比新碳纖維低廉，因而可以用機(jī)內(nèi)飾或其他的復(fù)合材料部件。另?yè)?jù)報(bào)道，波音787夢(mèng)想飛機(jī)將用50%碳纖維材料制造，寶馬2款新車型的客艙用碳纖維制成，為此2公司簽訂了碳纖維復(fù)合材料回收利用研究的技術(shù)協(xié)議。再如，美國(guó)諾丁漢大學(xué)和波音公司計(jì)劃每年投資100萬(wàn)美元，共同研究所有復(fù)合材料回收利用技術(shù)，主要進(jìn)行碳纖維回收工藝研究過(guò)程、回收碳纖維重新應(yīng)用等[19]。但到目前為止，這些開發(fā)工作還沒有進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的研制階段，因而真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化回收和利用還尚需時(shí)日。碳纖維復(fù)合材料的回收和再利用具有多方面的經(jīng)濟(jì)效益，碳纖維回收和再利用不僅可以實(shí)現(xiàn)高價(jià)值材料的再利用，而且碳纖維復(fù)合材料部件回收和再利用可大大減少能源消耗和環(huán)境污染。但是，目前碳纖維復(fù)合材料回收和再利用仍面臨著許多問題，如碳纖維復(fù)合材料廢棄物的收集和分類比較困難；廢棄物回收和再利用的工藝技術(shù)還不十分成熟，大多數(shù)新研制的工藝技術(shù)仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段，最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)還需要做很多工作；目前雖然已建有回收碳纖維復(fù)合材料的公司并可生產(chǎn)再生碳纖維，但再生碳纖維的利用還受到各種因素的限制，如其力學(xué)性能不穩(wěn)定就難以為用戶接受，也難以在要求性能較高的零部件上應(yīng)用。

三、結(jié)語(yǔ)

篇2

【關(guān)鍵詞】碳纖維；混凝土結(jié)構(gòu)；加固

碳纖維復(fù)合材料包含的方面又很多，其中主要有碳纖維、芳綸纖維以及玻璃纖維等，這些都是我們生活中經(jīng)常用到的，而且它們都具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等特點(diǎn)。因此在80年代初，人們也將其作為主要的工程施工材料廣泛的應(yīng)用在工程施工中。碳纖維材料起初主要用于軍事、航天、船舶等工程當(dāng)中，并且取得了不錯(cuò)的效果，后來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們?cè)谠械幕A(chǔ)之上對(duì)其進(jìn)行完善和改進(jìn)，從而擴(kuò)展到土木工程施工中來(lái)，對(duì)混凝土的修復(fù)和加固工作有著十分重要的意義。

1.碳纖維復(fù)合材料的特點(diǎn)及力學(xué)性能

碳纖維是當(dāng)前工程施工中的一種新型的施工材料。它具有良好的物理力學(xué)性能，這也是當(dāng)前用途最廣，性能最好的纖維材料。它在土木工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中，有著極強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)作用，可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理有效的修復(fù)和加固，從而提高土木工程的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。目前，由于我國(guó)的碳纖維生產(chǎn)技術(shù)比較落后，因此在進(jìn)行使用的時(shí)候，一般都是采用國(guó)外進(jìn)口的碳纖維片。這種碳纖維片有很多種，其中比較常見的有：?jiǎn)蜗蚱蜗蚩棽肌㈦p向織布等，這些也是我們工程施工中常用到的施工材料。

當(dāng)前，在土木工程中應(yīng)用的最為廣泛的碳纖維復(fù)合材料就是碳纖維增強(qiáng)塑料，這種材料在制作過(guò)程中，對(duì)其物理力學(xué)性能有著十分嚴(yán)格的要求，而且在施工性和耐久性方面也有著相應(yīng)的施工指標(biāo)。

碳纖維增強(qiáng)塑料的質(zhì)地比較輕，而強(qiáng)度比較高，經(jīng)相關(guān)測(cè)試，碳纖維增強(qiáng)塑料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要超過(guò)普通施工鋼材的好幾十倍。而且它本身具有的彈性模量和建筑施工鋼材相比，碳纖維增強(qiáng)彈性模量更強(qiáng)，耐久性和耐腐蝕性也比一般的建筑施工材料要強(qiáng)。由此可見，這種碳纖維復(fù)合材料，有著極強(qiáng)的物理力學(xué)性能，有利于土木工程結(jié)構(gòu)的加固與修復(fù)，極大程度上保障土木工程的質(zhì)量。

2.碳纖維增強(qiáng)塑料在土木工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀

目前在工程施工中，人們也開始嘗試著將碳纖維材料加入到混凝土當(dāng)中，從而制成碳纖維混凝土，應(yīng)用到工程項(xiàng)目當(dāng)中，并且取得了不錯(cuò)的效果。這種主要是將碳纖維的長(zhǎng)絲制作成和鋼筋一樣的棒材，在混凝土施工中，將其用來(lái)代替鋼筋，從而形成一種新型的結(jié)構(gòu)材料，這種碳纖維混凝土主要用在一些大型工程結(jié)構(gòu)建設(shè)當(dāng)中。而且在大型的土木工程建設(shè)的時(shí)候，人們將碳纖維材料加工成繩狀，將其作為工程施工的拉索結(jié)構(gòu)，不過(guò)這種方法并沒有對(duì)錨具連接的問題進(jìn)行很好的解決，但是在土方工程施工中，仍然在應(yīng)用。而碳纖維混凝土在混凝土工程施工建設(shè)中強(qiáng)度比較高，而且具有極強(qiáng)的耐久性和耐腐蝕性，這也對(duì)混凝土的開裂現(xiàn)象進(jìn)行了有效的控制，從而提高了土木工程的施工質(zhì)量。

在上個(gè)世紀(jì)80年代，發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)開始將碳纖維材料應(yīng)用到混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中，從而增強(qiáng)混凝土的物理力學(xué)性能，并且在90年代初期，發(fā)達(dá)國(guó)家就將其碳纖維混凝土材料廣泛的應(yīng)用到各個(gè)工程施工領(lǐng)域當(dāng)中，而且更具碳纖維優(yōu)異的物理力學(xué)性能，使的許多工程設(shè)施的結(jié)構(gòu)質(zhì)量都有著大幅度的提高。目前，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家不但將碳纖維施工技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，還對(duì)其施工生產(chǎn)技術(shù)掌握得十分成熟，而且現(xiàn)在有許多施工單位將這種碳纖維施工材料，應(yīng)用到了土木工程當(dāng)中，并且為社會(huì)建設(shè)提供了良好的條件。

2.2國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

碳纖維加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)在我國(guó)起步較晚，但最近幾年系統(tǒng)地對(duì)碳纖維用于加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究也呈現(xiàn)不斷發(fā)展的趨勢(shì)，最初僅有國(guó)家工業(yè)建筑診斷與工程技術(shù)研究中心一個(gè)單位，相繼有清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、天津大學(xué)、東南大學(xué)、大連理工大學(xué)等十余家高等學(xué)校和科研設(shè)計(jì)單位嘗試地進(jìn)行過(guò)國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口碳纖維織物加固混凝土構(gòu)件主要包括板、梁、柱等的模型實(shí)驗(yàn)、加固施工工藝及加固性能評(píng)價(jià)等方面的研究，已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性成果，并在工業(yè)與民用建筑、橋梁與隧道以及公路工程中得到具體的應(yīng)用，收到了良好的效果，現(xiàn)在部分單位著手從事纖維增強(qiáng)材料加固混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范的研究。該課題已列入建設(shè)部研究開發(fā)課題及國(guó)家科技部“九五”重點(diǎn)攻關(guān)課題。目前這項(xiàng)工作還處于剛剛起步階段。自1997年5月，國(guó)家工程中心已制作了一些試件，分為20余個(gè)工況，取得了構(gòu)件抗彎、抗剪和抗壓等一些有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了多項(xiàng)工程的試點(diǎn)與推廣。相信碳纖維增強(qiáng)材料在國(guó)內(nèi)將有廣闊的發(fā)展前景。

3.目前存在的問題

3.1力學(xué)研究方面存在的問題

碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)是得到國(guó)際上普遍認(rèn)同的開發(fā)熱點(diǎn)，其力學(xué)研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，然而，截止目前這方面工作還存在一些問題：（1）盡管對(duì)加固結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行了一些試驗(yàn)研究，但是系統(tǒng)的理論分析和數(shù)值計(jì)算研究卻很有限。而這對(duì)于創(chuàng)立和發(fā)展這種嶄新的加固技術(shù)是必不可少的。（2）碳纖維加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的破壞模式，如鋼筋屈服-碳纖維斷裂破壞、鋼筋屈服-混凝土壓碎、混凝土受壓破壞和碳纖維板于混凝土面的黏結(jié)破壞等各類破壞特性，尚需深入研究。（3）盡管對(duì)碳纖維加強(qiáng)構(gòu)件的彎曲、剪切延性、剛度能力等幾方面性能分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，但有關(guān)它們的綜合因素對(duì)加固材料的登記、數(shù)量以及施工工藝的影響的研究尚欠缺。（4）有關(guān)疲勞和抗震性能的研究不足，這對(duì)于評(píng)價(jià)加固結(jié)構(gòu)的綜合性能，預(yù)測(cè)其二次壽命至關(guān)重要。（5）碳纖維加強(qiáng)構(gòu)件與結(jié)構(gòu)其它部分或整體的協(xié)調(diào)性如何，荷載的重分布而引起的局部破壞可能、連接點(diǎn)的削弱程度等，尚待研究。

3.2尚待解決的技術(shù)關(guān)鍵

材料的國(guó)產(chǎn)化問題。盡管國(guó)外已有多種定型的碳纖維材料產(chǎn)品，但國(guó)內(nèi)的大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用不能完全依賴于進(jìn)口產(chǎn)品，從降低成本及發(fā)展民族工業(yè)來(lái)講，國(guó)產(chǎn)化是必須的條件，目前國(guó)內(nèi)的PAN基碳纖維強(qiáng)度一般在2000～3000Mpa之間，彈性模量在2.1x105Mpa左右，其性能基本滿足加固要求，但在預(yù)浸料的生產(chǎn)和加工成品的質(zhì)量方面仍有較大的欠缺，均勻性也較差。因此材料的國(guó)產(chǎn)化問題是一個(gè)關(guān)鍵問題。

碳纖維加固修補(bǔ)使用的技術(shù)方面的問題，這主要體現(xiàn)在國(guó)內(nèi)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程的制定上，盡管國(guó)外一些國(guó)家已有了較完善的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，但并不適合我國(guó)，我們應(yīng)及早制定出自己的標(biāo)準(zhǔn)和施工指南，包括材料生產(chǎn)、使用、檢驗(yàn)、加固設(shè)計(jì)、計(jì)算、工程施工與驗(yàn)收的一系列標(biāo)準(zhǔn)化工作。

不過(guò)自碳纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)研究開發(fā)成功后，給土木建筑領(lǐng)域加固改造技術(shù)帶來(lái)重大變革，采用碳纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)將比以往從傳統(tǒng)的技術(shù)更優(yōu)越、更有效率和更方便經(jīng)濟(jì)，可以解決傳統(tǒng)的加固方法不能解決的技術(shù)問題，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。碳纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)研究開發(fā)成功，將為碳纖維材料及其它高性能纖維材料應(yīng)用于建筑業(yè)打下深厚的基礎(chǔ)，開辟了新的產(chǎn)業(yè)途徑。

4.結(jié)束語(yǔ)

由此可見，碳纖維復(fù)合材料由于具有優(yōu)異的特性，在土木工程中得到的廣泛的應(yīng)用。它不但對(duì)土木工程中的混凝土結(jié)構(gòu)有著良好的加固修復(fù)功能，延長(zhǎng)了混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，還極大程度上推動(dòng)了土木工程的發(fā)展，為是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)打下了扎實(shí)基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

篇3

【關(guān)鍵詞】碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；建筑工程；施工

在建筑工程中，使用碳纖維材料的主要作用在于加固結(jié)構(gòu)，該材料的使用可以促使工程承載能力大大提升，或者促進(jìn)工程承載功能的改善，目前在建筑施工中的有所應(yīng)用。在施工中常應(yīng)用到的碳纖維材料包括碳纖維網(wǎng)格、碳纖維板、碳纖維條帶、碳纖維布等。在加固過(guò)程中，要以加固方法、加固部位、加固能力等因素為依據(jù)，對(duì)材料進(jìn)行選擇。若加固構(gòu)件比較復(fù)雜，則需選擇強(qiáng)度較高的碳纖維布，如果加固方法為嵌入式加固，則需選擇碳纖維條帶或者碳纖維板[1]。在柱加固、平板加固中，需選用柔性挪摹＝ㄖ工程結(jié)構(gòu)不同，對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的選擇也不同，在材料使用過(guò)程中，要充分考慮到施工性能、耐久性能、力學(xué)性能等因素，確保碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料復(fù)合施工要求。

一、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的特征

目前，在建筑工程施工中，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的使用逐漸增多，該材料的主要特征為纖維增強(qiáng)，產(chǎn)品形式較多，包括網(wǎng)格材、模壓型材、拉擠型材、筋材、片材、格柵，其中片材包括纖維板、纖維布兩種，應(yīng)用最多的是纖維布，在結(jié)構(gòu)工程加固中非常受用，在使用之前，無(wú)需浸潤(rùn)樹脂，加固過(guò)程中，經(jīng)樹脂浸潤(rùn)后，可于結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行粘貼。

（一）具備耐腐蝕性

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具備耐腐蝕性的特征，在潮濕、氯鹽、堿、酸性環(huán)境中均可被使用，該材料在海洋工程、化工建筑等工程中適用，其腐蝕性已經(jīng)被得到驗(yàn)證。針對(duì)近海地區(qū)、寒冷地區(qū)的建筑，可將碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用于其中，能夠?qū)諝鈨?nèi)鹽分腐蝕起到抵抗作用，促使結(jié)構(gòu)維修費(fèi)用減少，可將結(jié)構(gòu)使用壽命延長(zhǎng)[2]。

（二）擁有良好的比強(qiáng)度

所謂比強(qiáng)度較高，也就是指輕質(zhì)高強(qiáng)，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可將結(jié)構(gòu)自重減輕，在建筑工程施工中，若采用傳統(tǒng)材料施工，則會(huì)降低大跨度空間結(jié)構(gòu)體系理論極限跨度，另外，該材料還能夠被應(yīng)用于抗震結(jié)構(gòu)內(nèi)，因其可將結(jié)構(gòu)自重減輕，從而促使地震作用減小，提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性與耐疲勞功能[3]。

（三）彈較好 可應(yīng)用于特殊場(chǎng)合

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的彈較好，應(yīng)力應(yīng)變曲線與線彈性接近，即便因偶然超載出現(xiàn)變形，也可自行恢復(fù)。另外，該材料還擁有良好的隔熱、絕緣等功能，在特殊場(chǎng)合中受用，包括醫(yī)療核磁共振設(shè)備、地磁觀測(cè)站、雷達(dá)站等。

（四）設(shè)計(jì)性強(qiáng)

在建筑施工中，以工程所需的纖維含量、材料性質(zhì)、鋪設(shè)方式等為依據(jù)，需選取不同設(shè)計(jì)的材料，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料屬于人工材料，其設(shè)計(jì)性比較強(qiáng)，針對(duì)建筑功能的特殊要求，可采用不同的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)比較靈活。

與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料相比，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料主要是各向異性材料，材料的彈性模量、纖維方向強(qiáng)度非常高，垂直纖維彈性模量、方向強(qiáng)度低，會(huì)導(dǎo)致碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料設(shè)計(jì)難度、結(jié)構(gòu)分析難度增加。該材料在彈性模量上與木材、混凝土的數(shù)量級(jí)基本一致，其設(shè)計(jì)主要為變形控制，與鋼材相比，該材料的彈性模量要低，可將混凝土與碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相組合，對(duì)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行控制，可彌補(bǔ)剛度不足的缺陷[4]。

碳纖維材料的層間拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度低于抗拉強(qiáng)度，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需將連接減少，同時(shí)還需注重對(duì)連接進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常而言，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料并不具備良好的防火性能，在高溫情況下，樹脂會(huì)漸漸軟化，可降低樹脂的力學(xué)性能。現(xiàn)階段，可將阻燃劑加入材料中，使材料的抗火性能大大提升，除此之外，工作環(huán)境、初始缺陷會(huì)對(duì)該材料的抗疲勞性能產(chǎn)生較大影響。從經(jīng)濟(jì)的角度上而言，碳纖維材料的價(jià)格比較昂貴，不過(guò)該材料具備耐腐蝕、自重輕、可減少維修次數(shù)等特征，應(yīng)用價(jià)值更高[5]。

二、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在建筑工程中的具體應(yīng)用

本文以某建筑施工情況為例，分析碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在建筑工程中的具體應(yīng)用。在該施工工程中，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的主要作用為加固，在混凝土結(jié)構(gòu)加固、鋼結(jié)構(gòu)加固修復(fù)中發(fā)揮了重要作用。

（一）材料在加固混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

①混凝土纏繞。利用碳纖維布，對(duì)加固混凝土進(jìn)行纏繞，可達(dá)到混凝土加固的目的。對(duì)混凝土進(jìn)行約束，能夠促使其變形能力、強(qiáng)度的提升，還可將混凝土柱的抗剪能力提升。截面形狀與碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料對(duì)混凝土柱的約束效應(yīng)兩者間存在較大關(guān)聯(lián)，針對(duì)矩形截面柱，其承壓能力非常有限，提高幅度不大，不過(guò)可提高其抗剪能力、變形能力。在加固過(guò)程中，通過(guò)處理截面形狀，使其有一定弧度，能夠促使結(jié)構(gòu)受壓能力提升[6]。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料將混凝土柱纏繞起來(lái)，能夠改善結(jié)構(gòu)延性。

②將碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料粘貼于受拉面。將該材料粘貼于板、梁的受拉面，有利于促進(jìn)受拉承載力的提升，不過(guò)值得注意的是，當(dāng)受拉鋼筋屈服后，該材料才能夠充分發(fā)揮受拉作用，然而在這一階段，板、梁撓度已經(jīng)非常大，因此，碳纖維片材只可作為安全儲(chǔ)備。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材受到受彎加固作用的影響后，可能會(huì)發(fā)生剝離破壞現(xiàn)象，為此，可將碳纖維條帶粘貼于梁側(cè)面，便于對(duì)梁腹配筋不足從而引起的縫隙進(jìn)行控制，在板、梁加固中均可被應(yīng)用。目前，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用較多，不過(guò)其中也存在一些問題尚未解決，例如疲勞性能、環(huán)境影響、粘接性能、防火問題等。

（二）材料在鋼結(jié)構(gòu)加固修復(fù)中的應(yīng)用

在鋼結(jié)構(gòu)加固修復(fù)過(guò)程中，可利用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，取得較好的加固修復(fù)效果。選取鋼結(jié)構(gòu)損傷部位，將纖維板粘貼于該部位，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)受力性能具有改善作用，把纖維板粘貼于梁受拉面，可促使結(jié)構(gòu)的抗彎剛度、承載力大大提升，這種方法非常有效。將片材粘貼于梁腹板部位，可使抗剪承載力提升，若鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞損傷，利用碳纖維材料進(jìn)行加固，可使剩余疲勞壽命提升，可將纖維布于鋼管柱上纏繞，有利于防止局部失穩(wěn)的現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)抗壓承載能力的提升非常有利。

①加固受拉構(gòu)件

利用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料對(duì)受拉構(gòu)件進(jìn)行加固，可促使鋼構(gòu)件極限荷載能力提升，脫膠程度、脫膠位置不同，極限承載力也存在差異，在受拉構(gòu)件中，需充分發(fā)揮粘膠劑的作用，在粘貼過(guò)程中，沿著柱子環(huán)向粘貼，可取得較好的粘貼效果，能夠提高極限承載力，提高幅度在15%至18%間，且不會(huì)出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，材料也不會(huì)發(fā)生斷裂。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的使用能夠延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)剩余疲勞壽命，加固效果非常顯著。經(jīng)材料加固后，鋼結(jié)構(gòu)原來(lái)的受力狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生一定變化。鋼結(jié)構(gòu)、碳纖維材料間膠層存在正應(yīng)力或者剪應(yīng)力，針對(duì)不連續(xù)區(qū)域，可能會(huì)出現(xiàn)漏膠、損傷裂紋等情況，膠層正應(yīng)力、剪應(yīng)力均有應(yīng)力集中，可破壞膠層。要想防止膠層出現(xiàn)剝離破壞的情況，則需將碳纖維板材料兩端做成45度角，可將膠層應(yīng)力減少。

②加固受彎構(gòu)件

針對(duì)不存在初始損傷的鋼梁而言，采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料給予加固，不會(huì)對(duì)其剛度造成太大影響，不過(guò)可提高承載能力。利用碳纖維材料采取加固措施，鋼梁、材料受損部位出現(xiàn)剝離破壞后，會(huì)導(dǎo)致?lián)p傷變得更加嚴(yán)重，剝離破壞現(xiàn)象會(huì)加重，因此，要對(duì)材料合理使用，充分利用與發(fā)揮該材料的高強(qiáng)性能，提高極限承載力，預(yù)防剝離破壞的發(fā)生。

（三）碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的空間結(jié)構(gòu)

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具備耐腐蝕、輕質(zhì)等特征，在大跨度空間結(jié)構(gòu)中可被應(yīng)用，可將該材料制作為桿件，在網(wǎng)殼、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，不過(guò)碳纖維材料在應(yīng)用過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)處理難度較大、彈性模量低，為此，其優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮。現(xiàn)階段，帶有鋁合金結(jié)構(gòu)的碳纖維材料被開發(fā)，在空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用效果較好，該材料的使用可將施工周期縮短，具有良好的耐腐蝕性，不會(huì)增加維護(hù)費(fèi)用，在環(huán)境惡劣、超大跨度的工程中受用。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可制作為夾芯板、波紋板、空心板，組成不同形狀的空間結(jié)構(gòu)，在娛樂設(shè)施、雷達(dá)天線罩、廠房等建筑結(jié)構(gòu)中可被應(yīng)用，建筑施工難度不大，易成形，具備良好的保溫效果。

三、建筑施工對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料性能的要求

針對(duì)建筑施工的特征而言，在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的選擇中，要注重材料性質(zhì)符合施工特征，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料必須具備三個(gè)特征，分別為施工性能、耐久性能、力學(xué)性能。就材料的力學(xué)性能而言，碳纖維材料必須要有足夠強(qiáng)度，不易受到外界作用的影響，因碳纖維材料具備高強(qiáng)性能的特征，一般而言，能夠滿足建筑施工的要求。另外，從耐久性能上看，碳纖維復(fù)合材料對(duì)自然界因素可起到良好的抵抗作用，且在使用期間，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不會(huì)產(chǎn)生變化。使其設(shè)計(jì)能力得以保持。從施工性能上看，在現(xiàn)代建筑施工中，將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于其中，可使結(jié)構(gòu)材料的耦合效應(yīng)、適配效應(yīng)相結(jié)合，確保施工工藝的提升。

碳纖維復(fù)合材料在提高建筑結(jié)構(gòu)承載能力、建筑結(jié)構(gòu)加固中均可充分發(fā)揮作用，能夠促使承載性能得以改善，值得注意的是，加固方法、加固位置不同，其加固效果也存在差異，若建筑承載力需提升，則需選擇強(qiáng)度較高的材料（碳纖維布），若建筑剛性需提升，則選用碳纖維板。新的建筑工程會(huì)根據(jù)施工要求選擇材料。針對(duì)面臨腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的建筑，可選用碳纖維筋，達(dá)到控制鋼筋結(jié)構(gòu)損害的目的，提升鋼結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性，促使結(jié)構(gòu)使用壽命延長(zhǎng)。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的使用能夠使鋼筋使用數(shù)量減少，將操作流程簡(jiǎn)化，提升結(jié)構(gòu)抗拉力功能。

碳纖維材料的抗疲勞、耐腐蝕、低松弛特征顯著，選取預(yù)先制作的碳纖維管，將混凝土澆筑于該構(gòu)建中，能夠促使混凝土變形能力、強(qiáng)度提升，預(yù)防碳纖維材料管發(fā)生屈曲破壞的現(xiàn)象，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的受力性，在建筑工程中非常受用。

結(jié)束語(yǔ)：

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有較多的優(yōu)勢(shì)，例如抗腐蝕、施工性能良好、力學(xué)性能穩(wěn)定，不過(guò)從目前總體使用情況上看，該材料在建筑工程中的使用并不多，究其原因，主要在于價(jià)格昂貴，購(gòu)買需要較多的資金。伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，復(fù)合材料技術(shù)會(huì)逐漸提升，碳纖維材料價(jià)格也會(huì)有所降低，該材料在建筑工程中有著較高的應(yīng)用價(jià)值，在未來(lái)還將出現(xiàn)更多相關(guān)的應(yīng)用，例如復(fù)合材料棒、碳纖維增強(qiáng)混凝土等，上述材料的使用能夠大大提高建筑工程的穩(wěn)定性與安全性，充分發(fā)揮建筑材料的作用，提高建筑質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱顯巨，錢國(guó)芬，茹建中.淺析碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在建筑工程中的應(yīng)用[J].中華民居（下旬刊），2014（05）：148.

[2]彭惠芬，王程，王鵬.溫度對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響[J].承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2014（03）：12-15.

[3]楊勇新，岳清瑞.建筑工程應(yīng)用的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2012（02）：30-32.

[4]李瑞杰，何安榮，徐超，林松.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)阻尼性能研究[J].宇航材料工藝，2012（04）：64-67.

篇4

 

    為推進(jìn)我市碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈深度融合，做大做強(qiáng)我市碳纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)，圍繞吉林市建設(shè)國(guó)際碳纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)基地，根據(jù)市委市政府《吉林市產(chǎn)業(yè)鏈鏈長(zhǎng)制工作方案》《全市產(chǎn)業(yè)鏈招商引資攻堅(jiān)專項(xiàng)行動(dòng)方案》《2022年吉林市科技創(chuàng)新發(fā)展計(jì)劃指南》文件精神，設(shè)立本專項(xiàng)指南，具體如下：

一、項(xiàng)目類別

（一）戰(zhàn)略研究軟科學(xué)專項(xiàng)

1.吉林市碳纖維及復(fù)合材料檢驗(yàn)檢測(cè)中心可行性研究和方案設(shè)計(jì)；

2.吉林市碳纖維產(chǎn)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略布局研究；

3.碳纖維及復(fù)合材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究；

4.利用大數(shù)據(jù)分析基于丙烯腈價(jià)格的下游產(chǎn)品定價(jià)機(jī)制研究；

（二）中國(guó)（吉林化纖杯）碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽為促進(jìn)吉林市大絲束碳纖維的推廣應(yīng)用，吸引國(guó)內(nèi)外高校、科研院所以及中小企業(yè)充分了解和利用大絲束碳纖維進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用創(chuàng)新，支持由中國(guó)化纖協(xié)會(huì)等單位主辦，吉林化纖集團(tuán)公司等單位承辦的“中國(guó)（吉林化纖杯）碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽。由大賽承辦單位吉林化纖集團(tuán)公司定向申報(bào)。

（三）碳纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新專項(xiàng)

1.建立碳纖維試驗(yàn)線

解決聚合、紡絲、碳化的試驗(yàn)線，具備配方調(diào)整，濕法、干法紡絲，蒸汽牽伸、油劑、上漿劑調(diào)配、碳化表征等功能。滿足1k-50k碳化需要，且強(qiáng)度能夠穩(wěn)定達(dá)到T700級(jí)以上，碳化溫度不低于1800℃。

申報(bào)要求：申請(qǐng)資金額度不超過(guò)600萬(wàn)元，且需要申報(bào)單位提供1:1配套資金。

2.新型碳纖維開發(fā)

（1）PAN基中空碳纖維原絲技術(shù)研發(fā)。技術(shù)指標(biāo)：原絲纖度在1dtex左右，空心直徑在100nm以下。

（2）瀝青基碳纖維原料技術(shù)研發(fā)。技術(shù)指標(biāo):標(biāo)模型拉伸彈性模量220～260GPa,拉伸強(qiáng)度1000～2000MPa,直徑11μm。

3.大絲束碳纖維上漿劑樹脂體系研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化

（1）拉擠型材大絲束碳纖維專用樹脂的浸潤(rùn)及固化優(yōu)化研究。針對(duì)拉型材產(chǎn)品要求，給出拉擠速度（≥0.4m/min）、樹脂配比、浸潤(rùn)溫度、固化溫度最佳工藝參數(shù)。

（2）拉擠型材大絲束碳纖維專用上漿劑技術(shù)優(yōu)化研究。技術(shù)指標(biāo)：大絲束碳纖維復(fù)材制品層間剪切強(qiáng)度平均值≥60MPa，90°拉伸強(qiáng)度平均值≥50MPa，上漿后的碳絲表面能≥30J/m^2。

（3）碳纖維用聚雙環(huán)戊二烯（DCPD）上漿劑研發(fā)。技術(shù)指標(biāo)：T400級(jí)碳纖維/聚雙環(huán)戊二烯（DCPD）復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度≥50MPa；抗拉強(qiáng)度>1000MPa，彈性模量>100GPa，彎曲強(qiáng)度>800MPa。

4.碳纖維原絲及碳絲質(zhì)量提升攻關(guān)

提高大絲束碳纖維強(qiáng)度并縮短預(yù)氧化時(shí)間的生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)。預(yù)氧化時(shí)間可控制在40分鐘內(nèi)制得均質(zhì)碳纖維，均質(zhì)化后48K大絲束碳纖維的力學(xué)性能技術(shù)指標(biāo)：體密度≥1.78±0.02g/cm³，拉伸強(qiáng)度≥4.50GPa,拉伸模量≥230.00GPa，斷裂拉長(zhǎng)率≥1.80%。

5.碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化

（1）速鉆碳纖維短纖橋塞技術(shù)研發(fā)。技術(shù)指標(biāo)：耐井下溫度150℃，耐承載壓力70MPa。

（2）非金屬內(nèi)膽25K及以上碳纖維纏繞Ⅳ型氫氣瓶關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。技術(shù)指標(biāo)：氣瓶的公稱工作壓力≥35MPa，結(jié)構(gòu)減重30%以上。

（3）下一代動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架碳纖維板彈簧技術(shù)研發(fā)。技術(shù)指標(biāo)：剛度達(dá)到1000N/mm，滿足空車載荷52.4kN，定員載荷61.4kN，空車載荷高165mm。

（4）碳纖維直升機(jī)防砂濾組件的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。技術(shù)指標(biāo):氣體流量:5g/S，壓力損失:105mm水柱，分離效率:90%。

（5）碳纖維二維編織復(fù)合材料義肢技術(shù)研發(fā)。技術(shù)指標(biāo)：拉伸強(qiáng)度≥55.2Mpa，彎曲強(qiáng)度≥89Mpa，沖擊強(qiáng)度≥12x104J/m2，彈性模量≥980Mpa。

（6）碳纖維箱包制造新工藝研究。

6.PAN基碳纖維生產(chǎn)環(huán)節(jié)工業(yè)廢氣無(wú)害化處理研究。技術(shù)指標(biāo)：滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）、《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-93）。

7.其它方面

利用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)建設(shè)智能工廠，開展碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈裝備關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)；為降低企業(yè)用電成本，支持碳纖維產(chǎn)業(yè)能源優(yōu)化系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)。

（四）碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展支撐

圍繞吉林市建設(shè)國(guó)際碳纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)基地，支持《吉林國(guó)際碳纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)基地發(fā)展規(guī)劃》編制，吉林碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈招商云平臺(tái)建設(shè)，吉林碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈招商項(xiàng)目策劃包裝。本部分項(xiàng)目將根據(jù)有關(guān)規(guī)定公開招標(biāo)，項(xiàng)目資金數(shù)額根據(jù)招標(biāo)結(jié)果確定。

二、申報(bào)要求

1.駐吉高校、吉林市城區(qū)（開發(fā)區(qū)）企業(yè)均可申報(bào)，支持高校和企業(yè)聯(lián)合申報(bào)，配套資金不低于項(xiàng)目資金50%；

2.申報(bào)項(xiàng)目屬合作開發(fā)的，各方須簽訂相關(guān)技術(shù)合同（協(xié)議），優(yōu)先支持上下游產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目；

3.項(xiàng)目負(fù)責(zé)人一般應(yīng)具備副高級(jí)（含副高級(jí)）以上專業(yè)技術(shù)職稱；

4.其他申報(bào)要求參照《2022年吉林市科技創(chuàng)新發(fā)展計(jì)劃指南》規(guī)定執(zhí)行。

三、資助額度

戰(zhàn)略研究軟科學(xué)專項(xiàng)不超過(guò)10萬(wàn)元/項(xiàng)；中國(guó)（吉林化纖杯）碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽20萬(wàn)/年；碳纖維產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新專項(xiàng)中行業(yè)探索項(xiàng)目不超過(guò)20萬(wàn)元/項(xiàng)，產(chǎn)業(yè)化中試項(xiàng)目不超過(guò)50萬(wàn)元/項(xiàng)。

四、資助方式

一次性給予無(wú)償資金支持。

五、項(xiàng)目執(zhí)行周期

戰(zhàn)略研究軟科學(xué)專項(xiàng)執(zhí)行周期1年，中國(guó)（吉林化纖杯）碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽執(zhí)行周期1年，碳纖維產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新專項(xiàng)執(zhí)行周期2年。

六、申報(bào)材料

1.吉林市科技創(chuàng)新發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)書；

2.項(xiàng)目可研報(bào)告；

3.提學(xué)研合作有關(guān)協(xié)議；

4.中國(guó)（吉林化纖杯）碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽提供組織方案。

七、申報(bào)截止時(shí)間

2021年5月30日；中國(guó)（吉林化纖杯）碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽參賽項(xiàng)目申報(bào)要求另行發(fā)文件通知。

八、受理與咨詢電話

碳纖維產(chǎn)業(yè)推進(jìn)處 聯(lián)系人：任秋麗  電話：62048989

 

 

 

篇5

【關(guān)鍵詞】碳纖維；復(fù)合材料；橋梁施工；加固工程

隨著我國(guó)橋梁道路工程建設(shè)的不斷發(fā)展，橋梁工程施工技術(shù)也得到了很大的提高。同時(shí)在科技的推動(dòng)下，建設(shè)施工的新型材料也在不斷研發(fā)應(yīng)用，這些都是我國(guó)橋梁道路施工水平提高的體現(xiàn)。其中碳纖維復(fù)合材料就是其中一個(gè)具有很大優(yōu)越性的現(xiàn)代新型橋梁施工材料，在當(dāng)前的橋梁道路施工中有著極為廣泛的應(yīng)用。尤其是近年來(lái)，社會(huì)的發(fā)展使得車輛對(duì)橋梁的通行能力提出更高的要求，并對(duì)橋梁的荷載能力、抗壓能力、耐腐蝕能力等基本性能也提出了更高的要求。為了滿足這一需求，新型施工工藝和施工材料的應(yīng)用就顯得非常有必要。本文中主要探討了碳纖維復(fù)合材料這種新型材料的應(yīng)用工藝和發(fā)展前景，指出了在新時(shí)代的發(fā)展下，利用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行橋梁施工是未來(lái)橋梁建設(shè)施工中的一個(gè)主要發(fā)展方向。

1.碳纖維復(fù)合材料的基本性能

碳纖維復(fù)合材料是一種具有高強(qiáng)度和高彈性模量的新型復(fù)合材料，其基本構(gòu)成是由基體材料與增強(qiáng)材料相互結(jié)合而形成的，與其具有同種特點(diǎn)的復(fù)合材料還有玻璃纖維復(fù)合材料和芳綸纖維復(fù)合材料。這三種復(fù)合材料都是通過(guò)物理組合而實(shí)現(xiàn)材料性能的提升，比普通的材料要具備更大的優(yōu)越性。而其中碳纖維復(fù)合材料是其中物理力學(xué)性能最好的一種復(fù)合型材料，因?yàn)樵诤芏嘟ㄔO(shè)施工中都有著廣泛的應(yīng)用。其主要的應(yīng)用方法是以替代鋼筋作為結(jié)構(gòu)材料的形式，目前在橋梁的張拉施工以及加固施工中也都是較為常用的施工材料。那么碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)越性能有哪些呢？現(xiàn)筆者將其優(yōu)越性總結(jié)為下述幾點(diǎn)：

1.1碳纖維復(fù)合材料具有比鋼材高出十幾倍的抗拉強(qiáng)度和相當(dāng)鋼材1～2倍的強(qiáng)行模量。

1.2碳纖維復(fù)合材料減震性能好，其自振頻率很高，可避免早期共振，同時(shí)內(nèi)阻也很大，一旦激震起來(lái)，衰減也快。

1.3碳纖維復(fù)合材料具有良好的耐久性、耐油、耐酸、耐腐蝕性能好，與生物有很好的相容性。除了強(qiáng)氧化劑外，一般如濃鹽酸、30%的硫酸、堿等對(duì)其均不起作用。

1.4碳纖維復(fù)合材料材料是柔軟的，樹脂是可以流動(dòng)的，其產(chǎn)品的形狀幾乎不受限制，還可以任意著色，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)形狀和材料美學(xué)的高度統(tǒng)一。

1.5碳纖維復(fù)合材料材料施工便捷，在結(jié)構(gòu)加固中，碳纖維布易成型，能夠粘貼在曲面或不規(guī)則的結(jié)構(gòu)表面上，考慮到其方向性，設(shè)計(jì)者可以進(jìn)行裁減，使其在特定方向上達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

2.在橋梁結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料在被研發(fā)成功后，是經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間方才被使用到橋梁的建設(shè)施工中的。直到上世紀(jì)的80年代，碳纖維復(fù)合材料才被應(yīng)用在橋梁工程的設(shè)計(jì)施工中，并在后來(lái)的橋梁建設(shè)中迅速得到廣泛應(yīng)用，這是由其優(yōu)良的特性來(lái)決定的。目前，在橋梁工程，尤其是在大跨度的橋梁工程中，碳纖維復(fù)合材料是最具有物理性能優(yōu)勢(shì)的建筑材料，在國(guó)內(nèi)外的橋梁施工中都有應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料作為預(yù)應(yīng)力筋的案例。

日本是第一個(gè)在混凝土橋梁中采用碳纖維復(fù)合材料絞線作為橋梁預(yù)應(yīng)力筋的國(guó)家。從1988年～1992年，日本應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料材料作為預(yù)應(yīng)力筋修建了一系列橋梁，為探求采用碳纖維復(fù)合材料力筋的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的承載力和耐久性，做了靜載和疲勞試驗(yàn)。

3.在橋梁加固中的應(yīng)用

為恢復(fù)和提高既有橋梁的承載能力，采用在橋梁結(jié)構(gòu)受拉側(cè)用環(huán)氧樹脂粘貼碳纖維復(fù)合材料材料的加固方法，具有施工簡(jiǎn)便、加固費(fèi)用低（代替鋼板加固可節(jié)約資金25%）、不減少橋下凈空、加固材料帶來(lái)恒載增加不多等優(yōu)點(diǎn)，并且加固施工能在不影響或少影響結(jié)構(gòu)使用的情況下進(jìn)行，同時(shí)可克服粘貼鋼板受運(yùn)輸?shù)南拗啤摪邃P蝕引起鋼板與混凝土梁之間粘貼層損壞之不足。

在日本，碳纖維復(fù)合材料被廣泛用于公路橋梁、鐵路橋梁、隧道、碼頭、房屋建筑等結(jié)構(gòu)物的加固，特別是在大地震維修工程及震后橋梁修復(fù)工程中都大量采用了碳纖維加固技術(shù)，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

我國(guó)是在1997年以后正式開始對(duì)碳纖維復(fù)合材料加固修復(fù)上木建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的，并在1998年以后開始了實(shí)際應(yīng)用。如在某橋梁的加固工程中需重加固修復(fù)出現(xiàn)裂紋的T梁。在加固舊T梁工程中，共加固20m長(zhǎng)的T梁130片，實(shí)際粘貼碳纖維240m2，共用15d完成全部加固施工，其他加固修復(fù)方法都無(wú)法在這么短的時(shí)間內(nèi)完成的。T梁加固完成后，橋面開始施工，T梁受力，半年后觀察加固節(jié)點(diǎn)，碳纖維布與T梁表面粘貼完好，無(wú)空鼓，無(wú)裂紋，取得了較滿意的效果。

4.碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展前景

碳纖維復(fù)合材料材料用于橋梁工程中也是國(guó)際土木工程界的一個(gè)熱點(diǎn)，由于其優(yōu)異的材料及使用性能，其應(yīng)用范圍與應(yīng)用量正以驚人的速度在增長(zhǎng)。碳纖維復(fù)合材料在我國(guó)處于科研及實(shí)用初級(jí)階段，大規(guī)模使用還存在許多問題，如價(jià)格太高、強(qiáng)度不高、缺少設(shè)計(jì)規(guī)范及施工規(guī)程還很不完善等，為充分發(fā)展碳纖維復(fù)合材料在我國(guó)橋梁工程中的作用，應(yīng)做好以下幾個(gè)方面的工作：

4.1加快國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料大過(guò)摸生產(chǎn)的步伐并降低造價(jià)，提高國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料質(zhì)量的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化。我國(guó)目前應(yīng)用的粘貼樹脂已實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，而碳纖維復(fù)合材料材料卻依賴進(jìn)口。擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模是降低成本的有效途徑之一。國(guó)外一條碳纖維生產(chǎn)線的年生產(chǎn)能力均在200t以上，而我國(guó)至今還沒有一條百噸級(jí)碳纖維生產(chǎn)線。

4.2盡快制定便于材料品質(zhì)管理及品質(zhì)保證的標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)方法，并盡快制定完善的設(shè)計(jì)與施工規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)化工作是一項(xiàng)新技術(shù)，是新材料得以健康、快速發(fā)展的基礎(chǔ)，它不僅僅是指碳纖維復(fù)合材料材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而是包括材料生產(chǎn)、使用、檢驗(yàn)、加固設(shè)計(jì)、計(jì)算、工程施工與驗(yàn)收等一系列標(biāo)準(zhǔn)化工作。否則，該項(xiàng)技術(shù)會(huì)有在商業(yè)利益驅(qū)動(dòng)下遭夭折的危險(xiǎn)。在這個(gè)問題上，今后幾年內(nèi)，國(guó)內(nèi)將有更多的學(xué)校及研究單位加入到碳纖維復(fù)合材料材料研究開發(fā)中來(lái)，從而使我國(guó)在該項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域得到更快速的發(fā)展。

4.3加強(qiáng)與國(guó)際間的學(xué)術(shù)交流和技術(shù)合作。盡量避免在研究上的低水平生產(chǎn)與應(yīng)用上的重復(fù)研究，共同促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用研究及發(fā)展，成立行業(yè)性或?qū)W術(shù)性組織。只有這樣，才能促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的健康、快速發(fā)展。

5.結(jié)語(yǔ)

總之，在當(dāng)代新型橋梁工程的施工中，采用碳纖維復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)施工的重要材料是我國(guó)橋梁建設(shè)水平的一大提升，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用極大的提高了橋梁的強(qiáng)度、抗拉能力和抗腐蝕性能力，縮短了橋梁施工的時(shí)間，簡(jiǎn)化了施工技術(shù)工藝，提高了施工效率，因而碳纖維復(fù)合材料是一個(gè)值得大力推廣應(yīng)用的新型橋梁工程建設(shè)材料。

【參考文獻(xiàn)】

篇6

關(guān)鍵詞：高性能纖維；復(fù)合材料；聚丙烯腈基碳纖維；中間相瀝青基碳纖維；碳纖維復(fù)合材料；芳酰胺纖維；超高分子量聚乙烯

中圖分類號(hào)：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

The Latest Development of High-performance Fibers and Composites in the World

Abstract： Currently， the world high-performance fibers and composites circle has formed a five-polar pattern led by the United States， Japan， EU， China and Russia and meanwhile emerging economies start to play emphasis on developing high-performance fibers and composites. This paper， by taking polyacrylonitrile carbon fiber （PAN-CF） and carbon fiber-reinforced plastic （CFRP）， mesophase pitch-based carbon fiber （MPCF）， aramid fiber （ARF） and ultra-high-molecular-weight polyethylene （UHMWPE） for examples， makes an overview on the latest development of global high-performance fiber industry based on case study. It points out that China should constantly improve production process and technology and make profound study on related applications and markets， so as to realize high-efficiency， high-performance and low-cost production of high-performance fibers.

Key words： high-performance fiber； composites； PAN-CF； MP-CF； ARF； UHMWPE

當(dāng)前世界高性能纖維與復(fù)合材料領(lǐng)域已形成美、日、歐盟、中和俄的五極格局。其中，美國(guó)保持在主要高性能纖維與復(fù)合材料高端領(lǐng)域的強(qiáng)勢(shì)，支撐其在航空航天和軍工領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；日本的高性能纖維產(chǎn)業(yè)化品種最全、質(zhì)量上乘，近年來(lái)先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展迅猛，形成后起之秀；歐盟有幾種高性能纖維如聚酰胺酰亞胺（Kermel）、酮酐類聚酰亞胺（P84）纖維等都是獨(dú)有的，大絲束碳纖維和超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯纖維（Dyneema）處于領(lǐng)先水平，產(chǎn)業(yè)用先進(jìn)復(fù)合材料保持優(yōu)勢(shì)，特別是在飛機(jī)、風(fēng)電、汽車和軍工領(lǐng)域。

我國(guó)近年來(lái)在中央和各級(jí)政府的大力推動(dòng)下，高性能纖維與復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化品種較全，少數(shù)品種如超高分子量聚乙烯、玄武巖及聚酰亞胺纖維已具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，復(fù)合材料設(shè)備先進(jìn)，推動(dòng)了諸多產(chǎn)業(yè)、航空航天和軍工的快速發(fā)展；俄羅斯的高性能纖維和復(fù)合材料基礎(chǔ)研究扎實(shí)，擁有幾種獨(dú)有的世界領(lǐng)先的高強(qiáng)高模纖維，如SVM、ARMOS、RUSAR、Artec等芳雜環(huán)類有機(jī)纖維和數(shù)種耐高溫纖維，但產(chǎn)業(yè)化水平較低。

除此之外，近年來(lái)新型發(fā)展國(guó)家開始重視主要高性能纖維及其復(fù)合材料的發(fā)展，如印度、沙特、伊朗開始發(fā)展碳纖維，巴西的區(qū)間飛機(jī)產(chǎn)業(yè)相當(dāng)發(fā)達(dá)。

1 聚丙烯腈基碳纖維（PAN-CF）及復(fù)合材料（CFRP）

1.1 發(fā)展近況

1.1.1 美國(guó)

美國(guó)Hexcel（赫氏）公司在先進(jìn)復(fù)合材料（ACM）產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先地位，表現(xiàn)為：擁有從PAN原絲、碳纖維、織物、預(yù)浸料、樹脂體系、粘合劑、復(fù)合材料直到航空航天、國(guó)防和工業(yè)領(lǐng)域如風(fēng)電葉片等復(fù)合材料制品的全套產(chǎn)業(yè)鏈；可垂直整合相關(guān)產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)商，以更好地控制成本、質(zhì)量和產(chǎn)品供貨，可為全球客戶提供所需的設(shè)計(jì)方案；生產(chǎn)供上述應(yīng)用領(lǐng)域所需的碳纖維、對(duì)位芳酰胺纖維、玻纖及其混雜織物和非織造布等。

Hexcel擁有10種牌號(hào)的PAN-CF，其中IM10的拉伸強(qiáng)度和模量各為7.0 GPa和308 GPa，屬世界領(lǐng)先之一。Hexcel的Primetex ZB碳纖維加工織物，可使絲束均勻平鋪，因此可織成薄而輕的擁有均質(zhì)外觀的各種織物，確保有更好的力學(xué)性能和減少孔隙。共有53種碳纖維織物結(jié)構(gòu)、12種航天級(jí)CF織物結(jié)構(gòu)、18種商用CF織物結(jié)構(gòu)、17種熱處理的平織CF布、4 種防雷擊CF織物、6 種CF和Kevlar等的混雜織物及 2 種特種織物。

美國(guó)Cytec公司除擁有從PAN原絲、CF、織物、預(yù)浸料及復(fù)合材料制品的完整產(chǎn)業(yè)鏈外，還擁有400 t/a的中間相瀝青基碳纖維（MP-CF）及下游制品，其中Thornel K1100的MP-CF模量高達(dá)965 GPa以上，居世界領(lǐng)先。

美國(guó)復(fù)合材料織物（CFA）公司是專業(yè)生產(chǎn)碳纖維等織物的老企業(yè)，產(chǎn)品已應(yīng)用于航空航天、建筑結(jié)構(gòu)、風(fēng)電葉片、船舶、汽車、體育用品和國(guó)防領(lǐng)域。

美國(guó)Innegra技術(shù)公司生產(chǎn)高性能聚烯烴纖維（強(qiáng)度 8 cN/dtex或667 MPa）“Innegra S”及其混雜纖維“Innegra H”，混雜對(duì)象有標(biāo)準(zhǔn)模量碳纖維、玻纖和玄武巖纖維。Innegra S與CF的質(zhì)量混合比為26/74、41/59、34/66或28/72。

美國(guó)Concordia Fibers公司自1920年起便專業(yè)設(shè)計(jì)和開發(fā)各種工業(yè)紗和纖維，如碳纖維、可生物吸收纖維、陶瓷纖維等，用于生產(chǎn)多種工業(yè)織物，供作復(fù)合材料、濾材、動(dòng)力傳送帶、氣囊等。該公司還生產(chǎn)先進(jìn)復(fù)合材料用的精確加捻碳纖維（圖 1）、CF/PEEK混雜纖維（圖 2）、CF和PPS纖維的混雜編織繩（圖 3）、CF/尼龍纖維混雜紗編織的網(wǎng)球拍柄（圖 4）及FF/PPS混雜纖維編織物制的異形管（圖 5）等。

美國(guó)Cytec Engineering擁有從丙烯腈、原絲、碳纖維、織物、預(yù)浸料到復(fù)合材料制品的全套產(chǎn)業(yè)鏈，并擁有全球強(qiáng)度和模量最高瀝青基碳纖維K1100。Cytec生產(chǎn)風(fēng)電、海浪發(fā)電及潮汐發(fā)電用的碳纖維、織物、預(yù)浸料、薄膜粘合劑、可重復(fù)使用的軟模具、真空袋組件等，包括上述葉片的CFRP結(jié)構(gòu)梁和蒙皮。在船舶應(yīng)用方面，Cytec可提供CF與酚醛、氰酸酯、雙馬來(lái)酰亞胺和乙烯酯的預(yù)浸料，阻燃復(fù)合材料等產(chǎn)品。在汽車用途方面，Cytec可提供輕量、高性能、價(jià)格合理的多種材料解決方案，耐高溫、抗沖擊的CFRP結(jié)構(gòu)材料、車體板材和各種具體部件；在軌道交通方面，Cytec可提供制備CF預(yù)浸料所需的模具硬件用模具材料等；在國(guó)防和防彈領(lǐng)域，Cytec可提供防彈、防爆和結(jié)構(gòu)用途的各種CF預(yù)浸料、樹脂膜、結(jié)構(gòu)粘合劑、真空帶系列組件及天線罩和頭盔。

美國(guó)Sigma MX公司專業(yè)生產(chǎn)多軸CF紡織品，在英國(guó)Cheshire和上海有分公司，織機(jī)由德國(guó)LIBA（利巴）引進(jìn)，可生產(chǎn)多達(dá) 9 層織物，每層寬度達(dá)2.54 m，由克重為100 g/ m2的層材以不同方向組成（圖 6）。同時(shí)生產(chǎn)再生CF織物，用于增強(qiáng)熱塑性聚酯，應(yīng)用于汽車、體育休閑用品和能源領(lǐng)域。

美國(guó)創(chuàng)造新復(fù)合材料工程公司（ICE）專業(yè)生產(chǎn)先進(jìn)復(fù)合材料用編織預(yù)成型體、手工鋪放/針刺預(yù)成型體、RTM和VARTM模塑組件，可制得最佳性能和最低成本的產(chǎn)品。其產(chǎn)品包括CFRP飛機(jī)結(jié)構(gòu)和二次結(jié)構(gòu)、翼間支柱和支架、航天和衛(wèi)星結(jié)構(gòu)件、各種船只設(shè)計(jì)制造、自行車部件、滑翔機(jī)結(jié)構(gòu)件、汽車傳動(dòng)軸、懸置控制臂、結(jié)構(gòu)撐壁、防碰撞結(jié)構(gòu)件及座椅結(jié)構(gòu)件（圖 7）。

美國(guó)ATK公司專業(yè)從事航空航天和軍工部件的生產(chǎn)，有50年的復(fù)合材料創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，其產(chǎn)品包括F-22猛禽戰(zhàn)斗機(jī)和F-35閃電Ⅱ戰(zhàn)斗機(jī)部件，直徑 4 ～ 5 m的航天器如Delta IV、Atlas V和Ariane V等400多個(gè)各種復(fù)合材料部件的生產(chǎn)。此外，該公司還生產(chǎn)商用飛機(jī)的FRP縱梁、框架和發(fā)動(dòng)機(jī)葉片殼體等（ 圖 8）。

美國(guó)B/E航天復(fù)合材料公司是專業(yè)設(shè)計(jì)和制造高精度復(fù)合材料部件的廠家，其產(chǎn)品包括熱固型預(yù)浸料的壓制和氣囊模塑，先進(jìn)熱塑性復(fù)合材料的壓印、纏繞部件和結(jié)構(gòu)件的加工、組裝和分析表征等。

美國(guó)軍隊(duì)航空和導(dǎo)彈研發(fā)與工程中心AMRDEC是負(fù)責(zé)將政府技術(shù)、資產(chǎn)、試驗(yàn)設(shè)備等向非政府機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移并實(shí)現(xiàn)商品化的機(jī)構(gòu)，其業(yè)務(wù)包括專利技術(shù)的轉(zhuǎn)讓，與其國(guó)內(nèi)合作者開展合作研究、協(xié)助小型企業(yè)開展創(chuàng)新研究和承擔(dān)測(cè)試與工程服務(wù)等。

美國(guó)PlastiComp公司是專業(yè)從事設(shè)計(jì)、分析、CFRTP母粒制造和模塑物生產(chǎn)的企業(yè)，除長(zhǎng)碳纖維（LCF）和玻纖（LGF）增強(qiáng)N-66、N-6、PP、PU、PEEK和TPU半透明系列樹脂外，還有對(duì)位芳酰胺纖維和不銹鋼絲及其混雜纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂產(chǎn)品。

篇7

碳纖維離我們的日常生活越來(lái)越近,這種比頭發(fā)絲細(xì)100倍的纖維狀碳材料,它的密度不到鋼的1/4,但抗拉強(qiáng)度卻是鋼的7～9倍,抗拉彈性也高于鋼,碳纖維比鋁輕、比鋼硬。由于質(zhì)輕,碳纖維復(fù)合材料質(zhì)量大約是鋼的20%,依據(jù)纖維等級(jí)和方向性,甚至可以達(dá)到類似鋼材的強(qiáng)度。此外,碳纖維還不生銹,使用纖維材料可以大幅降低產(chǎn)品體重,因而可顯著提高燃料效率,用其生產(chǎn)的飛機(jī)、汽車,可節(jié)約大量燃油。

目前,各種應(yīng)用占碳纖維年需求的比例如下:體育應(yīng)用大約為30%,航空應(yīng)用為10%,工業(yè)應(yīng)用為60%。作為材料,它們正在替代金屬和混凝土來(lái)滿足環(huán)境、安全和能源要求,在工業(yè)領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求量正在呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。有調(diào)查顯示2010年全球碳纖維需求量,有望達(dá)到3.2萬(wàn)噸/年,這一數(shù)字與2001年相比增長(zhǎng)78.3%。

碳纖維生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜,至今全球規(guī)模企業(yè)不超過(guò)12家。其中領(lǐng)先的生產(chǎn)商有美國(guó)氰特工業(yè)公司、赫氏公司以及日本的三菱麗陽(yáng)、德國(guó)SGL西格里集團(tuán)、臺(tái)灣省的臺(tái)塑集團(tuán)等少數(shù)單位掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù),并且有規(guī)模化大生產(chǎn)。

航空航天歷來(lái)就是碳纖維的重要應(yīng)用領(lǐng)域。航空航天領(lǐng)域是世界碳纖維的傳統(tǒng)應(yīng)用市場(chǎng),新型超大型客機(jī)――空中客車A380和波音787,均大量使用碳纖維或碳纖維增強(qiáng)塑料作為主要的結(jié)構(gòu)材料。波音787中結(jié)構(gòu)材料有近50%需要使用碳纖維復(fù)合材料和玻璃纖維增強(qiáng)塑料,包括主機(jī)翼和機(jī)身。

除了航空航天以外,隨著全球風(fēng)電市場(chǎng)的逐步壯大,風(fēng)電葉片也已經(jīng)成為碳纖維主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。一套機(jī)組僅葉片就重18噸,如果采用碳纖維,減輕6噸的同時(shí)還增加了強(qiáng)度和韌性,也增加了發(fā)電功率。

碳纖維在汽車行業(yè)的需求前景也較為樂觀。碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸、尾翼和引擎蓋已經(jīng)在汽車行業(yè)廣泛應(yīng)用。

對(duì)于有車一族來(lái)說(shuō),比經(jīng)濟(jì)省油更重要的便是安全,不用鋼板,而用碳纖維等復(fù)合材料武裝起來(lái)的電動(dòng)車最高時(shí)速可以達(dá)到100公里/小時(shí),充滿一次電可以連續(xù)行駛超過(guò)百公里。比電力驅(qū)動(dòng)更引人注意的是高剛度車身。比起傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)車身,碳纖維材料制成的汽車能比使用鋼鐵減輕了60多公斤。此外,碳纖維的材料抗沖擊性相比鋼鐵強(qiáng),特別是用碳纖維制成的方向盤,機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊性相比以前分別提高了35%到20%以上。整車強(qiáng)度理論上也比普通材料車強(qiáng)上20%到30%。更絕的是,碳纖維汽車不僅能應(yīng)付幾乎所有的惡劣地形,通過(guò)獨(dú)特的傳動(dòng)系統(tǒng)和超強(qiáng)抓地力輪胎的配合,還能不費(fèi)吹灰之力地爬上70度的斜坡,對(duì)于普通越野車來(lái)說(shuō),這幾乎是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù) 。

目前,日產(chǎn)汽車、本田汽車和東麗公司將聯(lián)手開發(fā)汽車車體用的新型碳纖維材料。合作企業(yè)還包括三菱麗陽(yáng)和東洋紡織,目標(biāo)是在2015年前開始量產(chǎn),使車體較使用鋼材者輕40%。日本政府亦支持該項(xiàng)計(jì)劃,計(jì)劃未來(lái)5年投資1850萬(wàn)美元,希望在全球開發(fā)環(huán)保車輛的趨勢(shì)中取得領(lǐng)先地位。德國(guó)寶馬汽車公司也宣布,公司將投資約4億歐元以生產(chǎn)計(jì)劃于2013年面市的全球首款以碳纖維塑料為車身材料的量產(chǎn)電動(dòng)汽車。

篇8

復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料，它可以發(fā)揮各種材料的優(yōu)點(diǎn)，克服單一材料的缺陷，擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍。由于復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、加工成型方便、彈性優(yōu)良、耐化學(xué)腐蝕和耐候性好等特點(diǎn)，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領(lǐng)域，在近幾年更是得到了飛速發(fā)展。

隨著科技的發(fā)展，樹脂與玻璃纖維在技術(shù)上不斷進(jìn)步，生產(chǎn)廠家的制造能力普遍提高，使得玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的價(jià)格成本已被許多行業(yè)接受，但玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度尚不足以和金屬匹敵。因此，碳纖維、硼纖維等增強(qiáng)復(fù)合材料相繼問世，使高分子復(fù)合材料家族更加完備，已經(jīng)成為眾多產(chǎn)業(yè)的必備材料。目前全世界復(fù)合材料的年產(chǎn)量已達(dá)550多萬(wàn)噸，年產(chǎn)值達(dá)1300億美元以上，若將歐、美的軍事航空航天的高價(jià)值產(chǎn)品計(jì)入，其產(chǎn)值將更為驚人。從全球范圍看，世界復(fù)合材料的生產(chǎn)主要集中在歐美和東亞地區(qū)。近幾年歐美復(fù)合材料產(chǎn)需均持續(xù)增長(zhǎng)，而亞洲的日本則因經(jīng)濟(jì)不景氣，發(fā)展較為緩慢，但中國(guó)尤其是中國(guó)內(nèi)地的市場(chǎng)發(fā)展迅速。據(jù)世界主要復(fù)合材料生產(chǎn)商PPG公司統(tǒng)計(jì)，2000年歐洲的復(fù)合材料全球占有率約為32%，年產(chǎn)量約200萬(wàn)噸。與此同時(shí)，美國(guó)復(fù)合材料在20世紀(jì)90年代年均增長(zhǎng)率約為美國(guó)GDP增長(zhǎng)率的2倍，達(dá)到4%~6%。2000年，美國(guó)復(fù)合材料的年產(chǎn)量達(dá)170萬(wàn)噸左右。特別是汽車用復(fù)合材料的迅速增加使得美國(guó)汽車在全球市場(chǎng)上重新崛起。亞洲近幾年復(fù)合材料的發(fā)展情況與政治經(jīng)濟(jì)的整體變化密切相關(guān)，各國(guó)的占有率變化很大。總體而言，亞洲的復(fù)合材料仍將繼續(xù)增長(zhǎng)，2000年的總產(chǎn)量約為145萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)2005年總產(chǎn)量將達(dá)180萬(wàn)噸。

從應(yīng)用上看，復(fù)合材料在美國(guó)和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業(yè)。2000年美國(guó)汽車零件的復(fù)合材料用量達(dá)14.8萬(wàn)噸，歐洲汽車復(fù)合材料用量到2003年估計(jì)可達(dá)10.5萬(wàn)噸。而在日本，復(fù)合材料主要用于住宅建設(shè)，如衛(wèi)浴設(shè)備等，此類產(chǎn)品在2000年的用量達(dá)7.5萬(wàn)噸，汽車等領(lǐng)域的用量?jī)H為2.4萬(wàn)噸。不過(guò)從全球范圍看，汽車工業(yè)是復(fù)合材料最大的用戶，今后發(fā)展?jié)摿θ允志薮螅壳斑€有許多新技術(shù)正在開發(fā)中。例如，為降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，增加轎車的舒適性，正著力開發(fā)兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板；為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)向高速、增壓、高負(fù)荷方向發(fā)展的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、連桿、軸瓦已開始應(yīng)用金屬基復(fù)合材料。為滿足汽車輕量化要求，必將會(huì)有越來(lái)越多的新型復(fù)合材料將被應(yīng)用到汽車制造業(yè)中。與此同時(shí)，隨著近年來(lái)人們對(duì)環(huán)保問題的日益重視，高分子復(fù)合材料取代木材方面的應(yīng)用也得到了進(jìn)一步推廣。例如，用植物纖維與廢塑料加工而成的復(fù)合材料，在北美已被大量用作托盤和包裝箱，用以替代木制產(chǎn)品；而可降解復(fù)合材料也成為國(guó)內(nèi)外開發(fā)研究的重點(diǎn)。

另外，納米技術(shù)逐漸引起人們的關(guān)注，納米復(fù)合材料的研究開發(fā)也成為新的熱點(diǎn)。以納米改性塑料，可使塑料的聚集態(tài)及結(jié)晶形態(tài)發(fā)生改變，從而使之具有新的性能，在克服傳統(tǒng)材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時(shí)，大大提高了材料的綜合性能。

樹脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料

樹脂基復(fù)合材料采用的增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。

1、玻璃纖維

目前用于高性能復(fù)合材料的玻璃纖維主要有高強(qiáng)度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強(qiáng)度玻璃纖維性價(jià)比較高，因此增長(zhǎng)率也比較快，年增長(zhǎng)率達(dá)到10%以上。高強(qiáng)度玻璃纖維復(fù)合材料不僅應(yīng)用在軍用方面，近年來(lái)民用產(chǎn)品也有廣泛應(yīng)用，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機(jī)機(jī)翼、預(yù)警機(jī)雷達(dá)罩、各種高壓壓力容器、民用飛機(jī)直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報(bào)道的性能優(yōu)異的輪胎簾子線等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維，是比較理想的耐熱防火材料，用其增強(qiáng)酚醛樹脂可制成各種結(jié)構(gòu)的耐高溫、耐燒蝕的復(fù)合材料部件，大量應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈的防熱材料。迄今為止，我國(guó)已經(jīng)實(shí)用化的高性能樹脂基復(fù)合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)度玻璃纖維三大增強(qiáng)纖維中，只有高強(qiáng)度玻璃纖維已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，形成了小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)階段年產(chǎn)可達(dá)500噸。

2、碳纖維

碳纖維具有強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、導(dǎo)電等一系列性能，首先在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，近年來(lái)在運(yùn)動(dòng)器具和體育用品方面也廣泛采用。據(jù)預(yù)測(cè)，土木建筑、交通運(yùn)輸、汽車、能源等領(lǐng)域?qū)?huì)大規(guī)模采用工業(yè)級(jí)碳纖維。1997~2000年間，宇航用碳纖維的年增長(zhǎng)率估計(jì)為31%，而工業(yè)用碳纖維的年增長(zhǎng)率估計(jì)會(huì)達(dá)到130%。我國(guó)的碳纖維總體水平還比較低，相當(dāng)于國(guó)外七十年代中、末期水平，與國(guó)外差距達(dá)20年左右。國(guó)產(chǎn)碳纖維的主要問題是性能不太穩(wěn)定且離散系數(shù)大、無(wú)高性能碳纖維、品種單一、規(guī)格不全、連續(xù)長(zhǎng)度不夠、未經(jīng)表面處理、價(jià)格偏高等。

3、芳綸纖維

20世紀(jì)80年代以來(lái)，荷蘭、日本、前蘇聯(lián)也先后開展了芳綸纖維的研制開發(fā)工作。日本及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場(chǎng)，年增長(zhǎng)速度也達(dá)到20%左右。芳綸纖維比強(qiáng)度、比模量較高，因此被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高性能復(fù)合材料零部件（如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙、整流罩、方向舵等）、艦船（如航空母艦、核潛艇、游艇、救生艇等）、汽車（如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等）以及耐熱運(yùn)輸帶、體育運(yùn)動(dòng)器材等。

4、超高分子量聚乙烯纖維

超高分子量聚乙烯纖維的比強(qiáng)度在各種纖維中位居第一，尤其是它的抗化學(xué)試劑侵蝕性能和抗老化性能優(yōu)良。它還具有優(yōu)良的高頻聲納透過(guò)性和耐海水腐蝕性，許多國(guó)家已用它來(lái)制造艦艇的高頻聲納導(dǎo)流罩，大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領(lǐng)域，在汽車制造、船舶制造、醫(yī)療器械、體育運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應(yīng)用前景。該纖維一經(jīng)問世就引起了世界發(fā)達(dá)國(guó)家的極大興趣和重視。

5、熱固性樹脂基復(fù)合材料

熱固性樹脂基復(fù)合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體，以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。環(huán)氧樹脂的特點(diǎn)是具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機(jī)械強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于化工、輕工、機(jī)械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個(gè)領(lǐng)域。1993年世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)能力為130萬(wàn)噸，1996年遞增到143萬(wàn)噸，1997年為148萬(wàn)噸，1999年150萬(wàn)噸，2003年達(dá)到180萬(wàn)噸左右。我國(guó)從1975年開始研究環(huán)氧樹脂，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)約有170多家，總生產(chǎn)能力為50多萬(wàn)噸，設(shè)備利用率為80%左右。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機(jī)械強(qiáng)度高、電絕緣性優(yōu)異、低發(fā)煙性和耐酸性優(yōu)異等特點(diǎn)，因而在復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1997年全球酚醛樹脂的產(chǎn)量為300萬(wàn)噸，其中美國(guó)為164萬(wàn)噸。我國(guó)的產(chǎn)量為18萬(wàn)噸，進(jìn)口4萬(wàn)噸。乙烯基酯樹脂是20世紀(jì)60年展起來(lái)的一類新型熱固性樹脂，其特點(diǎn)是耐腐蝕性好，耐溶劑性好，機(jī)械強(qiáng)度高，延伸率大，與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結(jié)性能好，耐疲勞性能好，電性能佳，耐熱老化，固化收縮率低，可常溫固化也可加熱固化。南京金陵帝斯曼樹脂有限公司引進(jìn)荷蘭Atlac系列強(qiáng)耐腐蝕性乙烯基酯樹脂，已廣泛用于貯罐、容器、管道等，有的品種還能用于防水和熱壓成型。南京聚隆復(fù)合材料有限公司、上海新華樹脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產(chǎn)乙烯基酯樹脂。1971年以前我國(guó)的熱固性樹脂基復(fù)合材料工業(yè)主要是軍工產(chǎn)品，70年代后開始轉(zhuǎn)向民用。從1987年起，各地大量引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產(chǎn)線及各種牌號(hào)的聚酯樹脂（美、德、荷、英、意、日）和環(huán)氧樹脂（日、德）生產(chǎn)技術(shù)；在成型工藝方面，引進(jìn)了纏繞管、罐生產(chǎn)線、拉擠工藝生產(chǎn)線、SMC生產(chǎn)線、連續(xù)制板機(jī)組、樹脂傳遞模塑(RTM)成型機(jī)、噴射成型技術(shù)、樹脂注射成型技術(shù)及漁竿生產(chǎn)線等，形成了從研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及原材料配套的完整的工業(yè)體系，截止2000年底，我國(guó)熱固性樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)達(dá)3000多家，已有51家通過(guò)ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證，產(chǎn)品品種3000多種，總產(chǎn)量達(dá)73萬(wàn)噸/年，居世界第二位。產(chǎn)品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運(yùn)輸、造船等工業(yè)領(lǐng)域。在建筑方面，有內(nèi)外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調(diào)罩、風(fēng)機(jī)、玻璃鋼水箱、衛(wèi)生潔具、凈化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及貯罐；在交通運(yùn)輸方面，汽車上主要有車身、引擎蓋、保險(xiǎn)杠等配件，火車上有車廂板、門窗、座椅等，船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等；在機(jī)械及電器領(lǐng)域如屋頂風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產(chǎn)品都具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模；在航空航天及軍事領(lǐng)域，輕型飛機(jī)、尾翼、衛(wèi)星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破。

熱塑性樹脂基復(fù)合材料

熱塑性樹脂基復(fù)合材料是20世紀(jì)80年展起來(lái)的，主要有長(zhǎng)纖維增強(qiáng)粒料(LFP)、連續(xù)纖維增強(qiáng)預(yù)浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強(qiáng)型熱塑性復(fù)合材料(GMT)。根據(jù)使用要求不同，樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料，纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。隨著熱塑性樹脂基復(fù)合材料技術(shù)的不斷成熟以及可回收利用的優(yōu)勢(shì)，該品種的復(fù)合材料發(fā)展較快，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家熱塑性樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)占到樹脂基復(fù)合材料總量的30%以上。

高性能熱塑性樹脂基復(fù)合材料以注射件居多，基體以PP、PA為主。產(chǎn)品有管件（彎頭、三通、法蘭）、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型管道、GMT模壓制品（如吉普車座椅支架）、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯在汽車中的應(yīng)用包括通風(fēng)和供暖系統(tǒng)、空氣過(guò)濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動(dòng)皮帶保護(hù)罩等。

滑石粉填充的PP具有高剛性、高強(qiáng)度、極好的耐熱老化性能及耐寒性。滑石粉增強(qiáng)PP在車內(nèi)裝飾方面有著重要的應(yīng)用，如用作通風(fēng)系統(tǒng)零部件，儀表盤和自動(dòng)剎車控制杠等，例如美國(guó)HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。

云母復(fù)合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲性、尺寸穩(wěn)定以及低密度、低價(jià)格等特點(diǎn)，利用云母/聚丙烯復(fù)合材料可制作汽車儀表盤、前燈保護(hù)圈、擋板罩、車門護(hù)欄、電機(jī)風(fēng)扇、百葉窗等部件，利用該材料的阻尼性可制作音響零件，利用其屏蔽性可制作蓄電池箱等。

我國(guó)的熱塑性樹脂基復(fù)合材料的研究開始于20世紀(jì)80年代末期，近十年來(lái)取得了快速發(fā)展，2000年產(chǎn)量達(dá)到12萬(wàn)噸，約占樹脂基復(fù)合材料總產(chǎn)量的17%，，所用的基體材料仍以PP、PA為主，增強(qiáng)材料以玻璃纖維為主，少量為碳纖維，在熱塑性復(fù)合材料方面未能有重大突破，與發(fā)達(dá)國(guó)家尚有差距。

我國(guó)復(fù)合材料的發(fā)展?jié)摿蜔狳c(diǎn)

我國(guó)復(fù)合材料發(fā)展?jié)摿艽螅毺幚砗靡韵聼狳c(diǎn)問題。

1、復(fù)合材料創(chuàng)新

復(fù)合材料創(chuàng)新包括復(fù)合材料的技術(shù)發(fā)展、復(fù)合材料的工藝發(fā)展、復(fù)合材料的產(chǎn)品發(fā)展和復(fù)合材料的應(yīng)用，具體要抓住樹脂基體發(fā)展創(chuàng)新、增強(qiáng)材料發(fā)展創(chuàng)新、生產(chǎn)工藝發(fā)展創(chuàng)新和產(chǎn)品應(yīng)用發(fā)展創(chuàng)新。到2007年，亞洲占世界復(fù)合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%，目前亞洲人均消費(fèi)量?jī)H為0.29kg，而美國(guó)為6.8kg，亞洲地區(qū)具有極大的增長(zhǎng)潛力。

2、聚丙烯腈基纖維發(fā)展

我國(guó)碳纖維工業(yè)發(fā)展緩慢，從CF發(fā)展回顧、特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)碳纖維發(fā)展過(guò)程、中國(guó)PAN基CF市場(chǎng)概況、特點(diǎn)、“十五”科技攻關(guān)情況看，發(fā)展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。

3、玻璃纖維結(jié)構(gòu)調(diào)整

我國(guó)玻璃纖維70%以上用于增強(qiáng)基材，在國(guó)際市場(chǎng)上具有成本優(yōu)勢(shì)，但在品種規(guī)格和質(zhì)量上與先進(jìn)國(guó)家尚有差距，必須改進(jìn)和發(fā)展紗類、機(jī)織物、無(wú)紡氈、編織物、縫編織物、復(fù)合氈，推進(jìn)玻纖與玻鋼兩行業(yè)密切合作，促進(jìn)玻璃纖維增強(qiáng)材料的新發(fā)展。

4、開發(fā)能源、交通用復(fù)合材料市場(chǎng)

一是清潔、可再生能源用復(fù)合材料，包括風(fēng)力發(fā)電用復(fù)合材料、煙氣脫硫裝置用復(fù)合材料、輸變電設(shè)備用復(fù)合材料和天然氣、氫氣高壓容器；二是汽車、城市軌道交通用復(fù)合材料，包括汽車車身、構(gòu)架和車體外覆蓋件，軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等；三是民航客機(jī)用復(fù)合材料，主要為碳纖維復(fù)合材料。熱塑性復(fù)合材料約占10%，主要產(chǎn)品為機(jī)翼部件、垂直尾翼、機(jī)頭罩等。我國(guó)未來(lái)20年間需新增支線飛機(jī)661架，將形成民航客機(jī)的大產(chǎn)業(yè)，復(fù)合材料可建成新產(chǎn)業(yè)與之相配套；四是船艇用復(fù)合材料，主要為游艇和漁船，游艇作為高級(jí)娛樂耐用消費(fèi)品在歐美有很大市場(chǎng)，由于我國(guó)魚類資源的減少、漁船雖發(fā)展緩慢，但復(fù)合材料特有的優(yōu)點(diǎn)仍有發(fā)展的空間。

5、纖維復(fù)合材料基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用

國(guó)內(nèi)外復(fù)合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎(chǔ)應(yīng)用廣泛，與傳統(tǒng)材料相比有很多優(yōu)點(diǎn)，特別是在橋梁上和在房屋補(bǔ)強(qiáng)、隧道工程以及大型儲(chǔ)倉(cāng)修補(bǔ)和加固中市場(chǎng)廣闊。

6、復(fù)合材料綜合處理與再生

篇9

關(guān)鍵詞：碳纖維；碳纖維導(dǎo)電混凝土；表面處理

1 引言

碳纖維在混凝土中的分散狀態(tài)是碳纖維混凝土制備和應(yīng)用過(guò)程中的關(guān)鍵問題，對(duì)其導(dǎo)電性能、電一力和力一電等效應(yīng)具有重要的影響。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)碳纖維的分散開展了大量研究工作，美國(guó)紐約州立大學(xué)布法羅分校的D.D.L.Chung最早采用甲基纖維素（MC）作為分散劑對(duì)纖維分散進(jìn)行改善。此外，她還提出對(duì)碳纖維進(jìn)行表面改性的兩種方法：一種是將碳纖維浸泡在強(qiáng)氧化劑溶液中或在臭氧中處理[1]，在其表面形成具有親水性的含氧官能團(tuán)；另一種方法是將碳纖維浸泡在硅烷偶聯(lián)劑溶液中，在纖維表面形成硅烷涂層而提高親水性。孫輝、孫明清等發(fā)現(xiàn)在水泥漿體中摻加羧甲基纖維素鈉（CMC）和硅灰能顯著改善碳纖維的分散性。王闖等[2]使用甲基纖維素（MC）、羧甲基纖維素鈉（CMC）、羥乙基纖維素（HEC）3種常用分散劑后發(fā)現(xiàn)分散劑對(duì)短碳纖維的分散效果為HEC>CMC>MC。

2 常用表面處理方法

2.1 陽(yáng)極氧化法

陽(yáng)極氧化法，又稱為電化學(xué)氧化表面處理，是以碳纖維作為電解池的陽(yáng)極，石墨作為陰極，在電解水的過(guò)程中利用陽(yáng)極生產(chǎn)的“氧”，氧化碳纖維表面的碳及其含氧官能團(tuán)，將其先氧化成羥基，之后逐步氧化成酮基、羧基和二氧化碳的過(guò)程。

陽(yáng)極氧化法對(duì)碳纖維的處理效果不僅與電解質(zhì)的種類密切相關(guān)，并且增加電流密度與延長(zhǎng)氧化時(shí)間是等效的。該表面處理方法可以通過(guò)改變反應(yīng)溫度、電解質(zhì)濃度、處理時(shí)間和電流密度等條件進(jìn)行控制。

通過(guò)此方法處理后，使碳纖維表面引入各種功能基團(tuán)而改善纖維的浸潤(rùn)和黏接等特性，顯著增加碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能。莊毅等[3]采用碳酸氫銨為電解質(zhì)，對(duì)PAN基碳纖維進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理后，測(cè)試發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的層間剪切斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)閺埩嗔眩蛊銲LSS提高了49%。

陽(yáng)極氧化法的特點(diǎn)是氧化反應(yīng)緩和，易于控制，處理效果顯著，可對(duì)氧化程度進(jìn)行精確

控制，目前已得到廣泛應(yīng)用，是目前最具有實(shí)用價(jià)值的方法之一。 但是處理后殘留電解質(zhì)的洗凈和干燥十分繁瑣，需要連續(xù)的電化學(xué)處理設(shè)備，對(duì)處理后的碳纖維進(jìn)行充分的水洗、烘干，會(huì)增加處理成本。

2.2 液相氧化法

液相氧化法是采用液相介質(zhì)對(duì)碳纖維表面進(jìn)行氧化的方法。常用的液相介質(zhì)有濃硝酸、混合酸和強(qiáng)氧化劑等，其中硝酸是液相氧化中研究較多的。杜慧玲等[4]用65%的濃硝酸在煮沸8h情況下，處理PAN基碳纖維，制得的C/PAL復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度提高12.9%，橫向剪切強(qiáng)度提高63.4%，平面剪切強(qiáng)度提高15.6%，并通過(guò)X-射線電子能譜分析，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料界面黏結(jié)性能得到改善的根本原因是在界面區(qū)域發(fā)生了酯化反應(yīng)。

液相氧化法相對(duì)較為溫和，一般不使纖維產(chǎn)生過(guò)多的起坑和裂解。但是其處理時(shí)間較長(zhǎng)，與碳纖維生產(chǎn)線匹配難，多用于間歇表面處理。

2.3 氣相氧化法

氣相氧化法是將碳纖維暴露在氧化性氣體（如空氣、氧氣和臭氧等）中，在一定溫度和催化劑等特殊條件下使其表面氧化成如羥基和羧基等一些活性基團(tuán)。氧化處理后，碳纖維表面積增大，官能團(tuán)增多，可以提高復(fù)合材料界面的黏接強(qiáng)度和材料的力學(xué)性能。

冀克儉等[5]采用臭氧氧化法對(duì)碳纖維進(jìn)行了表面處理，發(fā)現(xiàn)碳纖維表面羥基或醚基官能團(tuán)的含量提高，其與環(huán)氧樹脂制成復(fù)合材料后的ILSS提高35%。王玉果等[6]對(duì)碳纖維在400℃空氣氧化處理1 h和450℃處理1 h后制成三維編織碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)其力學(xué)性能（沖擊強(qiáng)度除外）隨處理溫度的升高而增加。近年來(lái)，利用惰性氣體氧化法進(jìn)行表面處理，也得到了研究人員的關(guān)注。

此方法的優(yōu)點(diǎn)是可以方便在線配套使用。但是氧化的均勻性有待商榷，氧化條件稍有改變就會(huì)造成氧化過(guò)度，從而對(duì)碳纖維的強(qiáng)度造成極大的損傷。

2.4 等離子體氧化法

等離子體是具有足夠數(shù)量，而且電荷數(shù)近似相等的正負(fù)帶電粒子的物質(zhì)聚集態(tài)。用等離子體氧化法對(duì)纖維表面進(jìn)行改性處理，通常指利用非聚合性氣體（可以是活性氣體，也可是惰性氣體）對(duì)材料表面進(jìn)行物理和化學(xué)作用的過(guò)程。

等離子體表面處理時(shí)，電場(chǎng)中產(chǎn)生的大量等離子體及其高能的自由電子撞擊碳纖維表面晶角、晶邊等缺陷處，促使纖維表層產(chǎn)生活性基團(tuán)，在空氣中氧化后生產(chǎn)羰基、羧基等基團(tuán)。

華東理工大學(xué)賈玲等[7]將碳纖維預(yù)浸芳基乙炔進(jìn)行空氣等離子處理，使芳基乙炔接枝在碳纖維上，結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)等離子處理后的碳纖維/芳基乙炔復(fù)合材料的ILSS最大可提高12.4MPa，而碳布接枝了丙烯酸單體以后，ILSS最大提高到51.27MPa。

此表面處理方法可在低溫下進(jìn)行，避免高溫對(duì)纖維的損傷；處理時(shí)間短，經(jīng)改性的表面厚度薄，可做到使材料表面性質(zhì)發(fā)生較大的變化，而本體的性質(zhì)基本保持不變。且經(jīng)等離子體處理的纖維干燥、干凈，免去了后續(xù)處理工藝。但是等離子體的生產(chǎn)需要一定的真空環(huán)境，設(shè)備復(fù)雜，因此，給連續(xù)、穩(wěn)定和長(zhǎng)時(shí)間處理帶來(lái)一定的困難。

2.5 表面涂層改性法

將某種聚合物涂覆在碳纖維表面，改變復(fù)合材料界面層的結(jié)構(gòu)與性能，使界面極性等相適應(yīng)以提高界面黏結(jié)強(qiáng)度，并提供一個(gè)可塑界面層，以消除界面內(nèi)應(yīng)力。用熱塑性PPQ作為涂覆劑，涂層處理碳纖維表面增強(qiáng)環(huán)氧樹脂，使CFRP的層間剪切強(qiáng)度由64.4MPa提高到78.9MPa。

2.6 氣液雙效氧化法

氣液雙效氧化法是指先用液相涂層，后用氣相氧化，使碳纖維的自身抗拉強(qiáng)度及其復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度均得到提高。賀福等[8]用此方法對(duì)碳纖維表面進(jìn)行了處理，羰基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由13.6%提高到16.0%，層間剪切強(qiáng)度由70.0MPa提高到96.6MPa，拉伸強(qiáng)度的提高幅度為6%～19%。

該方法兼具液相補(bǔ)強(qiáng)和氣相氧化的作用，是新一代的碳纖維表面處理方法。但存在于氣相氧化法相同的缺點(diǎn)，即反應(yīng)激烈，反應(yīng)條件難以控制。

3 結(jié)語(yǔ)

碳纖維的各種表面處理方法各有特點(diǎn)，有一部分方法還只停留在實(shí)驗(yàn)室階段，如氣相沉積法和等離子法等。但是復(fù)合表面處理法可適當(dāng)調(diào)和幾種表面處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)，必將成為今后碳纖維表面處理的主要研究方向。隨著社會(huì)的發(fā)展，未來(lái)對(duì)碳纖維導(dǎo)電混凝土的需求必然增加，同時(shí)對(duì)混凝土的整體性能提出更高的要求。通過(guò)改善增強(qiáng)纖維的表面性能，提高纖維在水泥基體內(nèi)的分散程度，以降低混凝土的導(dǎo)電性能，必然會(huì)得到更高的重視。

參考文獻(xiàn)

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[2]王闖，李克智，李賀軍.[J].精細(xì)化工，2007，1：1-4.

[3]莊毅，梁節(jié)英，劉杰.PAN基碳纖維陽(yáng)極電解氧化表面處理的研究[J].合成纖維工業(yè)，2003，26（3）：5-8.

[4]杜慧玲，齊錦剛，龐洪濤，等.表面處理對(duì)碳纖維增強(qiáng)聚乳酸材料界面性能的影響[J].材料保護(hù)，2003，36（2）：16 - 18.

篇10

新材料是支撐我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料，是發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是全球發(fā)展最快和最活躍的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一，其技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平與規(guī)模，已成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。蔣士成院士在致辭中指出，高性能纖維與復(fù)合材料是戰(zhàn)略物資，如果能廣泛推廣在民用領(lǐng)域的應(yīng)用，將減少交通工具能耗和二氧化碳的排放，提升制造業(yè)的科技水平和競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)“中國(guó)制造2025”計(jì)劃具有重要的意義。

端小平在會(huì)上指出，中國(guó)化纖行業(yè)用不到10年的時(shí)間縮短了與發(fā)達(dá)國(guó)家30年的差距，各種高性能品種齊步發(fā)展，部分品種質(zhì)量達(dá)到國(guó)際中等以上水平。未來(lái)，中國(guó)的高性能纖維發(fā)展將注重在汽車、耐高溫過(guò)濾材料和航空航天等國(guó)防軍工領(lǐng)域的應(yīng)用，重視低成本生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品和回收再利用技術(shù)的研發(fā)，加快制定化纖全產(chǎn)業(yè)鏈的標(biāo)準(zhǔn)。

正如東華大學(xué)余木火教授所講，輕質(zhì)高強(qiáng)材料是“中國(guó)制造2025”的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。面對(duì)國(guó)外的成熟市場(chǎng)，中國(guó)更需要重點(diǎn)培育具有戰(zhàn)略意義和中國(guó)特色的大市場(chǎng)，與優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展。例如中國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)、大型飛機(jī)和高鐵的輕量化設(shè)計(jì)。通過(guò)建立設(shè)計(jì)-材料-制造-評(píng)價(jià)一體化的研發(fā)能力，為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈提供技術(shù)支撐。并解決汽車輕量化復(fù)合材料需要解決的工程技術(shù)問題，即設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)能力、低成本自動(dòng)化量產(chǎn)技術(shù)和回收與循環(huán)利用技術(shù)。

在學(xué)術(shù)報(bào)告環(huán)節(jié)，來(lái)自交通、航天領(lǐng)域的企業(yè)嘉賓針對(duì)高性能纖維及復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)展開深入分析。其中，江蘇奧新新能源汽車有限公司總經(jīng)理史踐向與會(huì)代表展示了公司在研發(fā)輕量化碳纖維復(fù)合材料電動(dòng)汽車的各階段成果。并表示，奧新電動(dòng)車的創(chuàng)新核心思想是輕量化，其創(chuàng)新技術(shù)主要體現(xiàn)在新電動(dòng)底盤、新材料應(yīng)用、新生產(chǎn)工藝、高比能量電池和智能化、網(wǎng)絡(luò)化車載技術(shù)應(yīng)用。

上海飛機(jī)制造有限公司副總工程師劉衛(wèi)平表示，復(fù)合材料在商用飛機(jī)上大量應(yīng)用已是一種趨勢(shì)，我國(guó)商用飛機(jī)將大量使用復(fù)合材料，帶動(dòng)我國(guó)碳纖維及其復(fù)合材料在高端應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展。

中國(guó)南車株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司副總工程師姜其斌指出，未來(lái)在交通領(lǐng)域，高性能輕量化復(fù)合材料將成為重點(diǎn)發(fā)展方向。并重點(diǎn)講解了反應(yīng)尼龍材料、芳綸蜂窩復(fù)合材料、阻燃輕質(zhì)板材、長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（LFT）等幾種典型高性能輕量化復(fù)合材料的工程化研究應(yīng)用。

在碳纖維、芳綸及復(fù)合材料在汽車輕量化應(yīng)用交流分論壇上，來(lái)自吉林硅谷碳纖維、江蘇恒神、河北硅谷化工、中復(fù)神鷹、泰和新材料、廣州汽車集團(tuán)等企業(yè)的專家從低成本碳纖維生產(chǎn)、碳纖維市場(chǎng)分析及企業(yè)的對(duì)策、碳纖維復(fù)合材料在汽車輕量化方面的應(yīng)用及推廣的策略、基于輕量化材料的電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新等內(nèi)容進(jìn)行深入探討。

其中，江蘇恒神股份有限公司技術(shù)顧問沈真基于市場(chǎng)需求分析，認(rèn)為航空和工業(yè)碳纖維需求決定企業(yè)必須具備單條千噸線生產(chǎn)能力才能滿足制造商的批量生產(chǎn)要求、實(shí)現(xiàn)質(zhì)量穩(wěn)定性和降低成本，并且碳纖維復(fù)合材料制品研發(fā)的特殊性決定企業(yè)必須具備從纖維、上漿劑、樹脂直至產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)制造服務(wù)的全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展模式。

在功能性纖維開發(fā)與應(yīng)用科技論壇上，來(lái)自化纖生產(chǎn)企業(yè)、石油化工企業(yè)和高等院校等一線科研人員和專家，分別對(duì)高模低縮滌綸工業(yè)絲、保暖聚酯纖維、氨綸、丙綸等纖維功能性開發(fā)及其應(yīng)用進(jìn)行了學(xué)術(shù)交流。

搭建化纖產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)和跨界融合的合作平臺(tái)

7月16日，2015中國(guó)紡織工程學(xué)會(huì)化纖專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)在蕭山同地召開。年會(huì)以“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、跨界融合、綠色轉(zhuǎn)型和智能發(fā)展”為主題，舉辦“高性能纖維及復(fù)合材料科技論壇”和“生物基化學(xué)纖維及原料科技論壇”，同時(shí)揭曉了“中國(guó)化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)?恒逸基金”獲獎(jiǎng)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文，并舉辦獲獎(jiǎng)?wù)撐膶ｎ}報(bào)告。

作為全球化纖界唯一的學(xué)術(shù)技術(shù)獎(jiǎng)，“中國(guó)化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)?恒逸基金”優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文獎(jiǎng)自2013年設(shè)立以來(lái)，累計(jì)收集論文637篇，已評(píng)出一等獎(jiǎng) 2 名，二等獎(jiǎng)25名，三等獎(jiǎng)47名，優(yōu)秀獎(jiǎng)143名。“超高分子量PPTA樹脂及其高模量芳綸纖維的結(jié)構(gòu)與性能”、“干法紡絲制備聚酰亞胺纖維及其結(jié)構(gòu)與性能”、“低成本碳纖維制備新技術(shù) ―― 增塑熔融紡絲法制備PAN纖維及其結(jié)構(gòu)性能研究”、“軼綸？聚酰亞胺纖維的性能及在濾料中的應(yīng)用”、“聚乳酸生物質(zhì)纖維的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化及發(fā)展建議”等幾十項(xiàng)化纖前沿新技術(shù)、創(chuàng)新成果得到業(yè)內(nèi)高度關(guān)注并在行業(yè)推廣，為化纖行業(yè)科技實(shí)力提供了戰(zhàn)略支撐，推動(dòng)了行業(yè)的科技進(jìn)步。

在高性能纖維及復(fù)合材料科技論壇上，各位專家學(xué)者主要圍繞國(guó)產(chǎn)碳纖維炭化裝備的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)、連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、耐高溫吸波碳化硅纖維的設(shè)計(jì)合成與性能、電紡納米絲球結(jié)構(gòu)聚醚砜的研制及其低阻過(guò)濾性能等研究方向進(jìn)行深入交流。