碳纖維復合材料范文
時間：2023-03-30 15:47:26
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篇1
1.高溫熱解法熱解法是當今唯一已經實現商業化運營的碳纖維增強復合材料的回收方法，這種工藝是在高溫下使復合材料進行降解，以得到表面干凈的碳纖維，同時還可以回收部分有機液體燃料。日本在福岡縣興建的中試廠，每年可處理碳纖維復合材料廢棄物60t。意大利的Karborek等開發了一種在加熱過程中碳纖維不會被碳化的工藝技術，可得到的比原始纖維長度較短的碳纖維[4]。從2003年，英國的MilledCarbonFiberLtd.開始回收加工碳纖維復合材料，是全球首家商業運營的專業回收公司。他們利用一套長達37m的熱分解設備，每年大約可處理2000t的廢棄碳纖維復合材料，所生產的再生碳纖維的產量為1200t。其處理方法是在無氧狀態下加熱碳纖維復合材料廢棄物，保持溫度在400～500℃之間，得到的清潔碳纖維可具有90%～95%原始纖維的力學性能，同時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AdherentTechnologiesInc(ATI)發明了一種低溫、低壓的碳纖維復合材料熱分解工藝，檢測表明，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，碳纖維強度比原始纖維降低約為9%左右[6]。丹麥的ReFiber公司通過在無氧環境條件下，在溫度為500℃的旋轉爐中將碳纖維復合材料氣化，成功地用高溫熱解法回收了復合材料風機葉片。德國的KarlMeyer再生材料公司開發的一種在加熱爐中通入保護氣體用以隔絕氧氣的新工藝，可使碳纖維復合材料分解后碳纖維基本沒有受到損傷。在這項工藝的研究中，該公司得到了陶氏化學公司和眾多研究所的技術支持和幫助，目前研制成功的試驗裝置已經正式投入了營運[7]。值得注意的是，采用高溫熱解法雖然可以得到比較干凈、長度較短的碳纖維，同時分解的復合材料的產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碳纖維復合材料進行高溫熱分解的碳纖維回收方法，通常這種工藝還采用旋風分離器來獲得填料顆粒和表面干凈的碳纖維。英國諾丁漢大學對于流化床熱分解工藝方法進行了系統研究，結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合材料報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、流化時間10min試驗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)轉變為氧化程度更高些的羰基(-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氧樹脂之間的界面剪切強度[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，對碳纖維復合材料進行熱分解試驗，回收得到的碳纖維長度為5.9～9.5mm。試驗表明，回收纖維的拉伸強度約為原纖維的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；并且原始碳纖維長度越長，回收得到的碳纖維的長度也越長[10]。大量的試驗研究結果表明，流化床熱分解造成碳纖維拉伸強度降低的主要影響因素是砂粒對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，導致了碳纖維長度變短和碳纖維力學性能下降，因而也將影響所回收碳纖維的實際應用范圍。
3.超/亞臨界流體法當液體的溫度及壓力處于臨界點或臨界點的附近時，液體的相對密度、溶解度、熱容量、介電常數及化學活性等各種性質都將會發生急劇的變化，從而使液體具有很高的活性、極強的溶解性、特異的流動性、滲透性、擴散性等性質，人們正是利用超/亞臨界液體的這些特性，利用它們具有對于高分子材料的獨特溶解性能來分解碳纖維復合材料，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環氧樹脂復合材料的分解過程。試驗表明，在673K、28MPa下經30min反應，環氧樹脂的分解率為79.3％，當加入氫氧化鉀（KOH）催化劑，環氧樹脂的分解率達到95.3％，而且所得到的碳纖維的拉伸強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，經過在溫度300～420℃時分別反應30～120min后，研究了廢棄印刷電路板在超臨界甲醇中的分解機理。試驗結果分析表明，上述條件下分解的主要產物為含苯酚和甲基苯酚衍生物，并且發現當反應的溫度提高時，甲基苯酚衍生物的含量有所增加[12]。Liu等系統地研究了溫度、壓力、時間、催化劑及樹脂與水的比例這些因素對于復合材料分解的影響，表明原材料與水的比例對環氧樹脂的分解影響不大，而對于分解影響比較大的因素是分解反應的溫度、時間和壓力。同時，試驗結果還表明，當原料比為1g復合材料∶5mL水時，在溫度為290℃、經過75min反應后，環氧樹脂的分解率可高達到100%[13]。Bai等研究了在30±1MPa和440±10℃條件下，氧化的超臨界水對碳纖維增強環氧樹脂的分解過程，結果表明在樹脂的分解率為85%時，碳纖維的表面上仍然有少量的環氧樹脂存在；而當樹脂的分解率達到96%時，在碳纖維的表面上已經基本上沒有樹脂的殘留。所獲得的碳纖維力學性能測試表明，隨著樹脂分解率增加，碳纖維的拉伸強度也進一步下降，分析認為這是由于回收的碳纖維的表面發生了過度氧化所致[14]。日本的Okajima等在400℃、20MPa、45min的試驗條件下，用2.5%碳酸鉀(KCO3)作催化劑，在超臨界狀態下環氧樹脂的分解率為70.9%，而且得到的碳纖維的拉伸強度比原始纖維下降了15%[15]。英國諾丁漢大學的Pickering研究團隊在超臨界狀態下研究了水、二氧化碳，甲醇、乙醇、丙醇和丙酮等多種溶劑對于碳纖維復合材料的分解作用，結果表明丙醇的溶解作用最好。試驗結果表明，用超臨界丙醇回收的碳纖維的拉伸強度和剛度的是原始纖維99%；同時，研究還表明，甲醇和乙醇對聚酯類樹脂的溶解效果比較好，而對環氧樹脂的溶解效果比較差，而丙醇可很好地分解環氧樹脂復合材料[16]。我國哈爾濱工業大學的白永平等在超臨界水中通過添加氧氣，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
由于熱固性塑料經過固化處理后，其內部交聯成一種網狀結構的穩定狀態，因而具有了不溶于各種溶劑，在加熱過程中也不會熔化的特性，長期放置或掩埋也不會分解。因此，熱固性復合材料廢棄物的回收早在20世紀90年代初就已經受到學術界和工業界的高度關注，然而到目前為止，雖然有一些工藝和設備已經投入生產應用，但大部分的研究還處于試驗階段。從國內外目前碳纖維回收技術來看，碳纖維復合材料的回收原料主要以生產廢料和損壞或淘汰的復合材料零部件等，因而對于不同種類的碳纖維復合材料廢料分類回收還沒有系統化；當前大量采用的熱融化樹脂制取碳纖維絲束，導致碳纖維性能大大降低，其性能和價格在市場上沒有競爭力；其他一些方法雖然可將碳纖維從復合材料中分離出來，但由于纖維變短和性能下降，同時還會產生環境污染，因而還有待進一步研究與完善[18]。近年來，各工業大國都在進行碳纖維復合材料廢棄物的回收與再利用研究，以開發出高效、經濟和可行的碳纖維回收利用技術，主要研究集中在粉碎碳纖維增強塑料、熱分解碳纖維復合材料、催化分解碳纖維復合材料、流化床回收碳纖維復合材料等回收工藝技術和再利用技術。如康隆(Cannon)公司參與了歐洲一個碳纖維回收再循環利用的項目，用回收的碳纖維絨毛或碳纖維氈加工復合材料部件，由于這些回收再利用碳纖維大約是原生材料價格的一半左右，而且其力學性能可達到全用新碳纖維制造部件的85%，因而經濟效益非常可觀。
最近,德國的KarlMeyer再生材料公司在特殊的加熱爐中采用保護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，但纖維的長度比較短，而且強度也有所下降，由于其價格比新碳纖維低廉，因而可以用機內飾或其他的復合材料部件。另據報道，波音787夢想飛機將用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合材料回收利用研究的技術協議。再如，美國諾丁漢大學和波音公司計劃每年投資100萬美元，共同研究所有復合材料回收利用技術，主要進行碳纖維回收工藝研究過程、回收碳纖維重新應用等[19]。但到目前為止，這些開發工作還沒有進入實質性的研制階段，因而真正實現產業化回收和利用還尚需時日。碳纖維復合材料的回收和再利用具有多方面的經濟效益，碳纖維回收和再利用不僅可以實現高價值材料的再利用，而且碳纖維復合材料部件回收和再利用可大大減少能源消耗和環境污染。但是，目前碳纖維復合材料回收和再利用仍面臨著許多問題，如碳纖維復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還不十分成熟，大多數新研制的工藝技術仍停留在實驗室階段，最終實現商業化生產還需要做很多工作；目前雖然已建有回收碳纖維復合材料的公司并可生產再生碳纖維，但再生碳纖維的利用還受到各種因素的限制，如其力學性能不穩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用。
三、結語
篇2
【關鍵詞】碳纖維；混凝土結構；加固
碳纖維復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常用到的，而且它們都具有輕質、高強、耐腐蝕等特點。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、船舶等工程當中，并且取得了不錯的效果，后來隨著科學技術的不斷發展，人們在原有的基礎之上對其進行完善和改進，從而擴展到土木工程施工中來，對混凝土的修復和加固工作有著十分重要的意義。
1.碳纖維復合材料的特點及力學性能
碳纖維是當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性能，這也是當前用途最廣，性能最好的纖維材料。它在土木工程結構當中，有著極強的補強作用，可以對混凝土結構進行合理有效的修復和加固，從而提高土木工程的結構強度。目前，由于我國的碳纖維生產技術比較落后，因此在進行使用的時候，一般都是采用國外進口的碳纖維片。這種碳纖維片有很多種，其中比較常見的有：單向片、單向織布、雙向織布等，這些也是我們工程施工中常用到的施工材料。
當前，在土木工程中應用的最為廣泛的碳纖維復合材料就是碳纖維增強塑料，這種材料在制作過程中，對其物理力學性能有著十分嚴格的要求，而且在施工性和耐久性方面也有著相應的施工指標。
碳纖維增強塑料的質地比較輕，而強度比較高，經相關測試，碳纖維增強塑料的結構強度要超過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，碳纖維增強彈性模量更強，耐久性和耐腐蝕性也比一般的建筑施工材料要強。由此可見，這種碳纖維復合材料，有著極強的物理力學性能，有利于土木工程結構的加固與修復，極大程度上保障土木工程的質量。
2.碳纖維增強塑料在土木工程中的應用現狀
2.1國外應用現狀
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中，從而制成碳纖維混凝土，應用到工程項目當中，并且取得了不錯的效果。這種主要是將碳纖維的長絲制作成和鋼筋一樣的棒材，在混凝土施工中，將其用來代替鋼筋，從而形成一種新型的結構材料，這種碳纖維混凝土主要用在一些大型工程結構建設當中。而且在大型的土木工程建設的時候，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構，不過這種方法并沒有對錨具連接的問題進行很好的解決，但是在土方工程施工中，仍然在應用。而碳纖維混凝土在混凝土工程施工建設中強度比較高，而且具有極強的耐久性和耐腐蝕性，這也對混凝土的開裂現象進行了有效的控制，從而提高了土木工程的施工質量。
在上個世紀80年代，發達國家就已經開始將碳纖維材料應用到混凝土結構當中，從而增強混凝土的物理力學性能，并且在90年代初期，發達國家就將其碳纖維混凝土材料廣泛的應用到各個工程施工領域當中，而且更具碳纖維優異的物理力學性能，使的許多工程設施的結構質量都有著大幅度的提高。目前，國外發達國家不但將碳纖維施工技術應用到各個領域，還對其施工生產技術掌握得十分成熟，而且現在有許多施工單位將這種碳纖維施工材料，應用到了土木工程當中，并且為社會建設提供了良好的條件。
2.2國內應用現狀
碳纖維加固修補混凝土結構技術在我國起步較晚，但最近幾年系統地對碳纖維用于加固修補混凝土結構技術的研究也呈現不斷發展的趨勢，最初僅有國家工業建筑診斷與工程技術研究中心一個單位，相繼有清華大學、同濟大學、天津大學、東南大學、大連理工大學等十余家高等學校和科研設計單位嘗試地進行過國產和進口碳纖維織物加固混凝土構件主要包括板、梁、柱等的模型實驗、加固施工工藝及加固性能評價等方面的研究，已經取得了實質性成果，并在工業與民用建筑、橋梁與隧道以及公路工程中得到具體的應用，收到了良好的效果，現在部分單位著手從事纖維增強材料加固混凝土結構規范的研究。該課題已列入建設部研究開發課題及國家科技部“九五”重點攻關課題。目前這項工作還處于剛剛起步階段。自1997年5月，國家工程中心已制作了一些試件，分為20余個工況，取得了構件抗彎、抗剪和抗壓等一些有價值的實驗數據，進行了多項工程的試點與推廣。相信碳纖維增強材料在國內將有廣闊的發展前景。
3.目前存在的問題
3.1力學研究方面存在的問題
碳纖維加固混凝土結構的技術是得到國際上普遍認同的開發熱點，其力學研究已經取得了很大的進展，然而，截止目前這方面工作還存在一些問題：（1）盡管對加固結構的力學性能進行了一些試驗研究，但是系統的理論分析和數值計算研究卻很有限。而這對于創立和發展這種嶄新的加固技術是必不可少的。（2）碳纖維加強混凝土結構的破壞模式，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破壞等各類破壞特性，尚需深入研究。（3）盡管對碳纖維加強構件的彎曲、剪切延性、剛度能力等幾方面性能分別進行了實驗研究，但有關它們的綜合因素對加固材料的登記、數量以及施工工藝的影響的研究尚欠缺。（4）有關疲勞和抗震性能的研究不足，這對于評價加固結構的綜合性能，預測其二次壽命至關重要。（5）碳纖維加強構件與結構其它部分或整體的協調性如何，荷載的重分布而引起的局部破壞可能、連接點的削弱程度等，尚待研究。
3.2尚待解決的技術關鍵
材料的國產化問題。盡管國外已有多種定型的碳纖維材料產品，但國內的大規模開發應用不能完全依賴于進口產品，從降低成本及發展民族工業來講，國產化是必須的條件，目前國內的PAN基碳纖維強度一般在2000～3000Mpa之間，彈性模量在2.1x105Mpa左右，其性能基本滿足加固要求，但在預浸料的生產和加工成品的質量方面仍有較大的欠缺，均勻性也較差。因此材料的國產化問題是一個關鍵問題。
碳纖維加固修補使用的技術方面的問題，這主要體現在國內相應標準與規程的制定上，盡管國外一些國家已有了較完善的標準和規程，但并不適合我國，我們應及早制定出自己的標準和施工指南，包括材料生產、使用、檢驗、加固設計、計算、工程施工與驗收的一系列標準化工作。
不過自碳纖維加固修復混凝土結構技術研究開發成功后，給土木建筑領域加固改造技術帶來重大變革，采用碳纖維加固修復混凝土結構技術將比以往從傳統的技術更優越、更有效率和更方便經濟，可以解決傳統的加固方法不能解決的技術問題，具有重大的經濟和社會效益。碳纖維加固修復混凝土結構技術研究開發成功，將為碳纖維材料及其它高性能纖維材料應用于建筑業打下深厚的基礎，開辟了新的產業途徑。
4.結束語
由此可見，碳纖維復合材料由于具有優異的特性，在土木工程中得到的廣泛的應用。它不但對土木工程中的混凝土結構有著良好的加固修復功能，延長了混凝土結構的使用壽命，還極大程度上推動了土木工程的發展，為是我國的經濟建設打下了扎實基礎。
【參考文獻】
篇3
【關鍵詞】碳纖維增強復合材料；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構，該材料的使用可以促使工程承載能力大大提升，或者促進工程承載功能的改善，目前在建筑施工中的有所應用。在施工中常應用到的碳纖維材料包括碳纖維網格、碳纖維板、碳纖維條帶、碳纖維布等。在加固過程中，要以加固方法、加固部位、加固能力等因素為依據，對材料進行選擇。若加固構件比較復雜，則需選擇強度較高的碳纖維布，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工程結構不同，對碳纖維增強復合材料的選擇也不同，在材料使用過程中，要充分考慮到施工性能、耐久性能、力學性能等因素，確保碳纖維增強復合材料復合施工要求。
一、碳纖維增強復合材料的特征
目前，在建筑工程施工中，碳纖維增強復合材料的使用逐漸增多，該材料的主要特征為纖維增強，產品形式較多，包括網格材、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，應用最多的是纖維布，在結構工程加固中非常受用，在使用之前，無需浸潤樹脂，加固過程中，經樹脂浸潤后，可于結構表面進行粘貼。
（一）具備耐腐蝕性
碳纖維增強復合材料具備耐腐蝕性的特征，在潮濕、氯鹽、堿、酸性環境中均可被使用，該材料在海洋工程、化工建筑等工程中適用，其腐蝕性已經被得到驗證。針對近海地區、寒冷地區的建筑，可將碳纖維增強復合材料應用于其中，能夠對空氣內鹽分腐蝕起到抵抗作用，促使結構維修費用減少，可將結構使用壽命延長[2]。
（二）擁有良好的比強度
所謂比強度較高，也就是指輕質高強，碳纖維增強復合材料可將結構自重減輕，在建筑工程施工中，若采用傳統材料施工，則會降低大跨度空間結構體系理論極限跨度，另外，該材料還能夠被應用于抗震結構內，因其可將結構自重減輕，從而促使地震作用減小，提升建筑結構的安全性與耐疲勞功能[3]。
（三）彈較好 可應用于特殊場合
碳纖維增強復合材料的彈較好，應力應變曲線與線彈性接近，即便因偶然超載出現變形，也可自行恢復。另外，該材料還擁有良好的隔熱、絕緣等功能，在特殊場合中受用，包括醫療核磁共振設備、地磁觀測站、雷達站等。
（四）設計性強
在建筑施工中，以工程所需的纖維含量、材料性質、鋪設方式等為依據，需選取不同設計的材料，碳纖維增強復合材料屬于人工材料，其設計性比較強，針對建筑功能的特殊要求，可采用不同的設計方法，設計比較靈活。
與傳統結構材料相比，碳纖維增強復合材料主要是各向異性材料，材料的彈性模量、纖維方向強度非常高，垂直纖維彈性模量、方向強度低，會導致碳纖維增強復合材料設計難度、結構分析難度增加。該材料在彈性模量上與木材、混凝土的數量級基本一致，其設計主要為變形控制，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復合材料相組合，對結構變形進行控制，可彌補剛度不足的缺陷[4]。
碳纖維材料的層間拉伸強度、剪切強度低于抗拉強度，在結構設計過程中，需將連接減少，同時還需注重對連接進行設計。通常而言，碳纖維增強復合材料并不具備良好的防火性能，在高溫情況下，樹脂會漸漸軟化，可降低樹脂的力學性能。現階段，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，工作環境、初始缺陷會對該材料的抗疲勞性能產生較大影響。從經濟的角度上而言，碳纖維材料的價格比較昂貴，不過該材料具備耐腐蝕、自重輕、可減少維修次數等特征，應用價值更高[5]。
二、碳纖維增強復合材料在建筑工程中的具體應用
本文以某建筑施工情況為例，分析碳纖維增強復合材料在建筑工程中的具體應用。在該施工工程中，碳纖維增強復合材料的主要作用為加固，在混凝土結構加固、鋼結構加固修復中發揮了重要作用。
（一）材料在加固混凝土結構中的應用
①混凝土纏繞。利用碳纖維布，對加固混凝土進行纏繞，可達到混凝土加固的目的。對混凝土進行約束，能夠促使其變形能力、強度的提升，還可將混凝土柱的抗剪能力提升。截面形狀與碳纖維增強復合材料對混凝土柱的約束效應兩者間存在較大關聯，針對矩形截面柱，其承壓能力非常有限，提高幅度不大，不過可提高其抗剪能力、變形能力。在加固過程中，通過處理截面形狀，使其有一定弧度，能夠促使結構受壓能力提升[6]。碳纖維增強復合材料將混凝土柱纏繞起來，能夠改善結構延性。
②將碳纖維增強復合材料粘貼于受拉面。將該材料粘貼于板、梁的受拉面，有利于促進受拉承載力的提升，不過值得注意的是，當受拉鋼筋屈服后，該材料才能夠充分發揮受拉作用，然而在這一階段，板、梁撓度已經非常大，因此，碳纖維片材只可作為安全儲備。碳纖維增強復合材料片材受到受彎加固作用的影響后，可能會發生剝離破壞現象，為此，可將碳纖維條帶粘貼于梁側面，便于對梁腹配筋不足從而引起的縫隙進行控制，在板、梁加固中均可被應用。目前，碳纖維增強復合材料在混凝土結構中的應用較多，不過其中也存在一些問題尚未解決，例如疲勞性能、環境影響、粘接性能、防火問題等。
（二）材料在鋼結構加固修復中的應用
在鋼結構加固修復過程中，可利用碳纖維增強復合材料，取得較好的加固修復效果。選取鋼結構損傷部位，將纖維板粘貼于該部位，對鋼結構受力性能具有改善作用，把纖維板粘貼于梁受拉面，可促使結構的抗彎剛度、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，若鋼結構發生疲勞損傷，利用碳纖維材料進行加固，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的現象發生，對抗壓承載能力的提升非常有利。
①加固受拉構件
利用碳纖維增強復合材料對受拉構件進行加固，可促使鋼構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，在受拉構件中，需充分發揮粘膠劑的作用，在粘貼過程中，沿著柱子環向粘貼，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，且不會出現剝離現象，材料也不會發生斷裂。碳纖維增強復合材料的使用能夠延長鋼結構剩余疲勞壽命，加固效果非常顯著。經材料加固后，鋼結構原來的受力狀態會產生一定變化。鋼結構、碳纖維材料間膠層存在正應力或者剪應力，針對不連續區域，可能會出現漏膠、損傷裂紋等情況，膠層正應力、剪應力均有應力集中，可破壞膠層。要想防止膠層出現剝離破壞的情況，則需將碳纖維板材料兩端做成45度角，可將膠層應力減少。
②加固受彎構件
針對不存在初始損傷的鋼梁而言，采用碳纖維增強復合材料給予加固，不會對其剛度造成太大影響，不過可提高承載能力。利用碳纖維材料采取加固措施，鋼梁、材料受損部位出現剝離破壞后，會導致損傷變得更加嚴重，剝離破壞現象會加重，因此，要對材料合理使用，充分利用與發揮該材料的高強性能，提高極限承載力，預防剝離破壞的發生。
（三）碳纖維增強復合材料的空間結構
碳纖維增強復合材料具備耐腐蝕、輕質等特征，在大跨度空間結構中可被應用，可將該材料制作為桿件，在網殼、網架結構中應用，不過碳纖維材料在應用過程中，節點處理難度較大、彈性模量低，為此，其優勢難以發揮。現階段，帶有鋁合金結構的碳纖維材料被開發，在空間網架結構中的應用效果較好，該材料的使用可將施工周期縮短，具有良好的耐腐蝕性，不會增加維護費用，在環境惡劣、超大跨度的工程中受用。
碳纖維增強復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構，在娛樂設施、雷達天線罩、廠房等建筑結構中可被應用，建筑施工難度不大，易成形，具備良好的保溫效果。
三、建筑施工對碳纖維增強復合材料性能的要求
針對建筑施工的特征而言，在碳纖維增強復合材料的選擇中，要注重材料性質符合施工特征，碳纖維增強復合材料必須具備三個特征，分別為施工性能、耐久性能、力學性能。就材料的力學性能而言，碳纖維材料必須要有足夠強度，不易受到外界作用的影響，因碳纖維材料具備高強性能的特征，一般而言，能夠滿足建筑施工的要求。另外，從耐久性能上看，碳纖維復合材料對自然界因素可起到良好的抵抗作用，且在使用期間，結構設計也不會產生變化。使其設計能力得以保持。從施工性能上看，在現代建筑施工中，將碳纖維復合材料應用于其中，可使結構材料的耦合效應、適配效應相結合，確保施工工藝的提升。
碳纖維復合材料在提高建筑結構承載能力、建筑結構加固中均可充分發揮作用，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。新的建筑工程會根據施工要求選擇材料。針對面臨腐蝕風險的建筑，可選用碳纖維筋，達到控制鋼筋結構損害的目的，提升鋼結構的可靠性、穩定性，促使結構使用壽命延長。碳纖維增強復合材料的使用能夠使鋼筋使用數量減少，將操作流程簡化，提升結構抗拉力功能。
碳纖維材料的抗疲勞、耐腐蝕、低松弛特征顯著，選取預先制作的碳纖維管，將混凝土澆筑于該構建中，能夠促使混凝土變形能力、強度提升，預防碳纖維材料管發生屈曲破壞的現象，增強結構的受力性，在建筑工程中非常受用。
結束語：
碳纖維增強復合材料具有較多的優勢，例如抗腐蝕、施工性能良好、力學性能穩定，不過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，主要在于價格昂貴，購買需要較多的資金。伴隨科學技術的不斷進步與發展，復合材料技術會逐漸提升，碳纖維材料價格也會有所降低，該材料在建筑工程中有著較高的應用價值，在未來還將出現更多相關的應用，例如復合材料棒、碳纖維增強混凝土等，上述材料的使用能夠大大提高建筑工程的穩定性與安全性，充分發揮建筑材料的作用，提高建筑質量。
參考文獻：
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篇4
為推進我市碳纖維產業鏈與創新鏈深度融合，做大做強我市碳纖維及復合材料產業，圍繞吉林市建設國際碳纖維及復合材料產業基地，根據市委市政府《吉林市產業鏈鏈長制工作方案》《全市產業鏈招商引資攻堅專項行動方案》《2022年吉林市科技創新發展計劃指南》文件精神，設立本專項指南，具體如下：
一、項目類別
（一）戰略研究軟科學專項
1.吉林市碳纖維及復合材料檢驗檢測中心可行性研究和方案設計；
2.吉林市碳纖維產業知識產權戰略布局研究；
3.碳纖維及復合材料技術標準研究；
4.利用大數據分析基于丙烯腈價格的下游產品定價機制研究；
（二）中國（吉林化纖杯）碳纖維復合材料設計與應用創新創業大賽為促進吉林市大絲束碳纖維的推廣應用，吸引國內外高校、科研院所以及中小企業充分了解和利用大絲束碳纖維進行產品開發與應用創新，支持由中國化纖協會等單位主辦，吉林化纖集團公司等單位承辦的“中國（吉林化纖杯）碳纖維復合材料設計與應用創新創業大賽。由大賽承辦單位吉林化纖集團公司定向申報。
（三）碳纖維及復合材料產業科技創新專項
1.建立碳纖維試驗線
解決聚合、紡絲、碳化的試驗線，具備配方調整，濕法、干法紡絲，蒸汽牽伸、油劑、上漿劑調配、碳化表征等功能。滿足1k-50k碳化需要，且強度能夠穩定達到T700級以上，碳化溫度不低于1800℃。
申報要求：申請資金額度不超過600萬元，且需要申報單位提供1:1配套資金。
2.新型碳纖維開發
（1）PAN基中空碳纖維原絲技術研發。技術指標：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研發。技術指標:標模型拉伸彈性模量220～260GPa,拉伸強度1000～2000MPa,直徑11μm。
3.大絲束碳纖維上漿劑樹脂體系研發及產業化
（1）拉擠型材大絲束碳纖維專用樹脂的浸潤及固化優化研究。針對拉型材產品要求，給出拉擠速度（≥0.4m/min）、樹脂配比、浸潤溫度、固化溫度最佳工藝參數。
（2）拉擠型材大絲束碳纖維專用上漿劑技術優化研究。技術指標：大絲束碳纖維復材制品層間剪切強度平均值≥60MPa，90°拉伸強度平均值≥50MPa，上漿后的碳絲表面能≥30J/m^2。
（3）碳纖維用聚雙環戊二烯（DCPD）上漿劑研發。技術指標：T400級碳纖維/聚雙環戊二烯（DCPD）復合材料層間剪切強度≥50MPa；抗拉強度>1000MPa，彈性模量>100GPa，彎曲強度>800MPa。
4.碳纖維原絲及碳絲質量提升攻關
提高大絲束碳纖維強度并縮短預氧化時間的生產技術研發。預氧化時間可控制在40分鐘內制得均質碳纖維，均質化后48K大絲束碳纖維的力學性能技術指標：體密度≥1.78±0.02g/cm³，拉伸強度≥4.50GPa,拉伸模量≥230.00GPa，斷裂拉長率≥1.80%。
5.碳纖維應用領域技術研發及產業化
（1）速鉆碳纖維短纖橋塞技術研發。技術指標：耐井下溫度150℃，耐承載壓力70MPa。
（2）非金屬內膽25K及以上碳纖維纏繞Ⅳ型氫氣瓶關鍵技術研發。技術指標：氣瓶的公稱工作壓力≥35MPa，結構減重30%以上。
（3）下一代動車組轉向架碳纖維板彈簧技術研發。技術指標：剛度達到1000N/mm，滿足空車載荷52.4kN，定員載荷61.4kN，空車載荷高165mm。
（4）碳纖維直升機防砂濾組件的研發及產業化。技術指標:氣體流量:5g/S，壓力損失:105mm水柱，分離效率:90%。
（5）碳纖維二維編織復合材料義肢技術研發。技術指標：拉伸強度≥55.2Mpa，彎曲強度≥89Mpa，沖擊強度≥12x104J/m2，彈性模量≥980Mpa。
（6）碳纖維箱包制造新工藝研究。
6.PAN基碳纖維生產環節工業廢氣無害化處理研究。技術指標：滿足《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）、《惡臭污染物排放標準》（GB14554-93）。
7.其它方面
利用人工智能、大數據、云計算、互聯網等技術建設智能工廠，開展碳纖維產業鏈裝備關鍵技術攻關；為降低企業用電成本，支持碳纖維產業能源優化系統技術研發。
（四）碳纖維產業鏈發展支撐
圍繞吉林市建設國際碳纖維及復合材料產業基地，支持《吉林國際碳纖維及復合材料產業基地發展規劃》編制，吉林碳纖維產業鏈招商云平臺建設，吉林碳纖維產業鏈招商項目策劃包裝。本部分項目將根據有關規定公開招標，項目資金數額根據招標結果確定。
二、申報要求
1.駐吉高校、吉林市城區（開發區）企業均可申報，支持高校和企業聯合申報，配套資金不低于項目資金50%；
2.申報項目屬合作開發的，各方須簽訂相關技術合同（協議），優先支持上下游產業鏈和產學研合作項目；
3.項目負責人一般應具備副高級（含副高級）以上專業技術職稱；
4.其他申報要求參照《2022年吉林市科技創新發展計劃指南》規定執行。
三、資助額度
戰略研究軟科學專項不超過10萬元/項；中國（吉林化纖杯）碳纖維復合材料設計與應用創新創業大賽20萬/年；碳纖維產業科技創新專項中行業探索項目不超過20萬元/項，產業化中試項目不超過50萬元/項。
四、資助方式
一次性給予無償資金支持。
五、項目執行周期
戰略研究軟科學專項執行周期1年，中國（吉林化纖杯）碳纖維復合材料設計與應用創新創業大賽執行周期1年，碳纖維產業科技創新專項執行周期2年。
六、申報材料
1.吉林市科技創新發展計劃項目申報書；
2.項目可研報告；
3.提學研合作有關協議；
4.中國（吉林化纖杯）碳纖維復合材料設計與應用創新創業大賽提供組織方案。
七、申報截止時間
2021年5月30日；中國（吉林化纖杯）碳纖維復合材料設計與應用創新創業大賽參賽項目申報要求另行發文件通知。
八、受理與咨詢電話
碳纖維產業推進處 聯系人：任秋麗 電話：62048989
篇5
【關鍵詞】碳纖維；復合材料；橋梁施工；加固工程
隨著我國橋梁道路工程建設的不斷發展，橋梁工程施工技術也得到了很大的提高。同時在科技的推動下，建設施工的新型材料也在不斷研發應用，這些都是我國橋梁道路施工水平提高的體現。其中碳纖維復合材料就是其中一個具有很大優越性的現代新型橋梁施工材料，在當前的橋梁道路施工中有著極為廣泛的應用。尤其是近年來，社會的發展使得車輛對橋梁的通行能力提出更高的要求，并對橋梁的荷載能力、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用就顯得非常有必要。本文中主要探討了碳纖維復合材料這種新型材料的應用工藝和發展前景，指出了在新時代的發展下，利用碳纖維復合材料進行橋梁施工是未來橋梁建設施工中的一個主要發展方向。
1.碳纖維復合材料的基本性能
碳纖維復合材料是一種具有高強度和高彈性模量的新型復合材料，其基本構成是由基體材料與增強材料相互結合而形成的，與其具有同種特點的復合材料還有玻璃纖維復合材料和芳綸纖維復合材料。這三種復合材料都是通過物理組合而實現材料性能的提升，比普通的材料要具備更大的優越性。而其中碳纖維復合材料是其中物理力學性能最好的一種復合型材料，因為在很多建設施工中都有著廣泛的應用。其主要的應用方法是以替代鋼筋作為結構材料的形式，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。那么碳纖維復合材料的優越性能有哪些呢？現筆者將其優越性總結為下述幾點：
1.1碳纖維復合材料具有比鋼材高出十幾倍的抗拉強度和相當鋼材1～2倍的強行模量。
1.2碳纖維復合材料減震性能好，其自振頻率很高，可避免早期共振，同時內阻也很大，一旦激震起來，衰減也快。
1.3碳纖維復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。除了強氧化劑外，一般如濃鹽酸、30%的硫酸、堿等對其均不起作用。
1.4碳纖維復合材料材料是柔軟的，樹脂是可以流動的，其產品的形狀幾乎不受限制，還可以任意著色，從而達到結構形狀和材料美學的高度統一。
1.5碳纖維復合材料材料施工便捷，在結構加固中，碳纖維布易成型，能夠粘貼在曲面或不規則的結構表面上，考慮到其方向性，設計者可以進行裁減，使其在特定方向上達到預期的設計強度。
2.在橋梁結構施工中的應用
碳纖維復合材料在被研發成功后，是經過了一段時間方才被使用到橋梁的建設施工中的。直到上世紀的80年代，碳纖維復合材料才被應用在橋梁工程的設計施工中，并在后來的橋梁建設中迅速得到廣泛應用，這是由其優良的特性來決定的。目前，在橋梁工程，尤其是在大跨度的橋梁工程中，碳纖維復合材料是最具有物理性能優勢的建筑材料，在國內外的橋梁施工中都有應用碳纖維復合材料作為預應力筋的案例。
日本是第一個在混凝土橋梁中采用碳纖維復合材料絞線作為橋梁預應力筋的國家。從1988年～1992年，日本應用碳纖維復合材料材料作為預應力筋修建了一系列橋梁，為探求采用碳纖維復合材料力筋的預應力混凝土構件的承載力和耐久性，做了靜載和疲勞試驗。
3.在橋梁加固中的應用
為恢復和提高既有橋梁的承載能力，采用在橋梁結構受拉側用環氧樹脂粘貼碳纖維復合材料材料的加固方法，具有施工簡便、加固費用低（代替鋼板加固可節約資金25%）、不減少橋下凈空、加固材料帶來恒載增加不多等優點，并且加固施工能在不影響或少影響結構使用的情況下進行，同時可克服粘貼鋼板受運輸的限制、鋼板銹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、房屋建筑等結構物的加固，特別是在大地震維修工程及震后橋梁修復工程中都大量采用了碳纖維加固技術，并取得了顯著的經濟效益。
我國是在1997年以后正式開始對碳纖維復合材料加固修復上木建筑結構進行研究的，并在1998年以后開始了實際應用。如在某橋梁的加固工程中需重加固修復出現裂紋的T梁。在加固舊T梁工程中，共加固20m長的T梁130片，實際粘貼碳纖維240m2，共用15d完成全部加固施工，其他加固修復方法都無法在這么短的時間內完成的。T梁加固完成后，橋面開始施工，T梁受力，半年后觀察加固節點，碳纖維布與T梁表面粘貼完好，無空鼓，無裂紋，取得了較滿意的效果。
4.碳纖維復合材料的發展前景
碳纖維復合材料材料用于橋梁工程中也是國際土木工程界的一個熱點，由于其優異的材料及使用性能，其應用范圍與應用量正以驚人的速度在增長。碳纖維復合材料在我國處于科研及實用初級階段，大規模使用還存在許多問題，如價格太高、強度不高、缺少設計規范及施工規程還很不完善等，為充分發展碳纖維復合材料在我國橋梁工程中的作用，應做好以下幾個方面的工作：
4.1加快國產碳纖維復合材料大過摸生產的步伐并降低造價，提高國產碳纖維復合材料質量的穩定性，實現產品國產化。我國目前應用的粘貼樹脂已實現了國產化，而碳纖維復合材料材料卻依賴進口。擴大生產規模是降低成本的有效途徑之一。國外一條碳纖維生產線的年生產能力均在200t以上，而我國至今還沒有一條百噸級碳纖維生產線。
4.2盡快制定便于材料品質管理及品質保證的標準化試驗方法，并盡快制定完善的設計與施工規范。標準化工作是一項新技術，是新材料得以健康、快速發展的基礎，它不僅僅是指碳纖維復合材料材料的技術標準，而是包括材料生產、使用、檢驗、加固設計、計算、工程施工與驗收等一系列標準化工作。否則，該項技術會有在商業利益驅動下遭夭折的危險。在這個問題上，今后幾年內，國內將有更多的學校及研究單位加入到碳纖維復合材料材料研究開發中來，從而使我國在該項技術領域得到更快速的發展。
4.3加強與國際間的學術交流和技術合作。盡量避免在研究上的低水平生產與應用上的重復研究，共同促進該項技術的應用研究及發展，成立行業性或學術性組織。只有這樣，才能促進該項技術的健康、快速發展。
5.結語
總之，在當代新型橋梁工程的施工中，采用碳纖維復合材料作為結構施工的重要材料是我國橋梁建設水平的一大提升，碳纖維復合材料的應用極大的提高了橋梁的強度、抗拉能力和抗腐蝕性能力，縮短了橋梁施工的時間，簡化了施工技術工藝，提高了施工效率，因而碳纖維復合材料是一個值得大力推廣應用的新型橋梁工程建設材料。
【參考文獻】
篇6
關鍵詞：高性能纖維；復合材料；聚丙烯腈基碳纖維；中間相瀝青基碳纖維；碳纖維復合材料；芳酰胺纖維；超高分子量聚乙烯
中圖分類號：TB332 文獻標志碼：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
當前世界高性能纖維與復合材料領域已形成美、日、歐盟、中和俄的五極格局。其中，美國保持在主要高性能纖維與復合材料高端領域的強勢，支撐其在航空航天和軍工領域的獨特優勢；日本的高性能纖維產業化品種最全、質量上乘，近年來先進復合材料發展迅猛，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）纖維等都是獨有的，大絲束碳纖維和超高相對分子質量聚乙烯纖維（Dyneema）處于領先水平，產業用先進復合材料保持優勢，特別是在飛機、風電、汽車和軍工領域。
我國近年來在中央和各級政府的大力推動下，高性能纖維與復合材料產業發展很快，研發和產業化品種較全，少數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際競爭力，復合材料設備先進，推動了諸多產業、航空航天和軍工的快速發展；俄羅斯的高性能纖維和復合材料基礎研究扎實，擁有幾種獨有的世界領先的高強高模纖維，如SVM、ARMOS、RUSAR、Artec等芳雜環類有機纖維和數種耐高溫纖維，但產業化水平較低。
除此之外，近年來新型發展國家開始重視主要高性能纖維及其復合材料的發展，如印度、沙特、伊朗開始發展碳纖維，巴西的區間飛機產業相當發達。
1 聚丙烯腈基碳纖維（PAN-CF）及復合材料（CFRP）
1.1 發展近況
1.1.1 美國
美國Hexcel（赫氏）公司在先進復合材料（ACM）產業的領先地位，表現為：擁有從PAN原絲、碳纖維、織物、預浸料、樹脂體系、粘合劑、復合材料直到航空航天、國防和工業領域如風電葉片等復合材料制品的全套產業鏈；可垂直整合相關產業的供應商，以更好地控制成本、質量和產品供貨，可為全球客戶提供所需的設計方案；生產供上述應用領域所需的碳纖維、對位芳酰胺纖維、玻纖及其混雜織物和非織造布等。
Hexcel擁有10種牌號的PAN-CF，其中IM10的拉伸強度和模量各為7.0 GPa和308 GPa，屬世界領先之一。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外觀的各種織物，確保有更好的力學性能和減少孔隙。共有53種碳纖維織物結構、12種航天級CF織物結構、18種商用CF織物結構、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Cytec公司除擁有從PAN原絲、CF、織物、預浸料及復合材料制品的完整產業鏈外，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965 GPa以上，居世界領先。
美國復合材料織物（CFA）公司是專業生產碳纖維等織物的老企業，產品已應用于航空航天、建筑結構、風電葉片、船舶、汽車、體育用品和國防領域。
美國Innegra技術公司生產高性能聚烯烴纖維（強度 8 cN/dtex或667 MPa）“Innegra S”及其混雜纖維“Innegra H”，混雜對象有標準模量碳纖維、玻纖和玄武巖纖維。Innegra S與CF的質量混合比為26/74、41/59、34/66或28/72。
美國Concordia Fibers公司自1920年起便專業設計和開發各種工業紗和纖維，如碳纖維、可生物吸收纖維、陶瓷纖維等，用于生產多種工業織物，供作復合材料、濾材、動力傳送帶、氣囊等。該公司還生產先進復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Cytec Engineering擁有從丙烯腈、原絲、碳纖維、織物、預浸料到復合材料制品的全套產業鏈，并擁有全球強度和模量最高瀝青基碳纖維K1100。Cytec生產風電、海浪發電及潮汐發電用的碳纖維、織物、預浸料、薄膜粘合劑、可重復使用的軟模具、真空袋組件等，包括上述葉片的CFRP結構梁和蒙皮。在船舶應用方面，Cytec可提供CF與酚醛、氰酸酯、雙馬來酰亞胺和乙烯酯的預浸料，阻燃復合材料等產品。在汽車用途方面，Cytec可提供輕量、高性能、價格合理的多種材料解決方案，耐高溫、抗沖擊的CFRP結構材料、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預浸料所需的模具硬件用模具材料等；在國防和防彈領域，Cytec可提供防彈、防爆和結構用途的各種CF預浸料、樹脂膜、結構粘合劑、真空帶系列組件及天線罩和頭盔。
美國Sigma MX公司專業生產多軸CF紡織品，在英國Cheshire和上海有分公司，織機由德國LIBA（利巴）引進，可生產多達 9 層織物，每層寬度達2.54 m，由克重為100 g/ m2的層材以不同方向組成（圖 6）。同時生產再生CF織物，用于增強熱塑性聚酯，應用于汽車、體育休閑用品和能源領域。
美國創造新復合材料工程公司（ICE）專業生產先進復合材料用編織預成型體、手工鋪放/針刺預成型體、RTM和VARTM模塑組件，可制得最佳性能和最低成本的產品。其產品包括CFRP飛機結構和二次結構、翼間支柱和支架、航天和衛星結構件、各種船只設計制造、自行車部件、滑翔機結構件、汽車傳動軸、懸置控制臂、結構撐壁、防碰撞結構件及座椅結構件（圖 7）。
美國ATK公司專業從事航空航天和軍工部件的生產，有50年的復合材料創新經驗，其產品包括F-22猛禽戰斗機和F-35閃電Ⅱ戰斗機部件，直徑 4 ～ 5 m的航天器如Delta IV、Atlas V和Ariane V等400多個各種復合材料部件的生產。此外，該公司還生產商用飛機的FRP縱梁、框架和發動機葉片殼體等（ 圖 8）。
美國B/E航天復合材料公司是專業設計和制造高精度復合材料部件的廠家，其產品包括熱固型預浸料的壓制和氣囊模塑，先進熱塑性復合材料的壓印、纏繞部件和結構件的加工、組裝和分析表征等。
美國軍隊航空和導彈研發與工程中心AMRDEC是負責將政府技術、資產、試驗設備等向非政府機構轉移并實現商品化的機構，其業務包括專利技術的轉讓，與其國內合作者開展合作研究、協助小型企業開展創新研究和承擔測試與工程服務等。
美國PlastiComp公司是專業從事設計、分析、CFRTP母粒制造和模塑物生產的企業，除長碳纖維（LCF）和玻纖（LGF）增強N-66、N-6、PP、PU、PEEK和TPU半透明系列樹脂外，還有對位芳酰胺纖維和不銹鋼絲及其混雜纖維增強熱塑性樹脂產品。
篇7
碳纖維離我們的日常生活越來越近,這種比頭發絲細100倍的纖維狀碳材料,它的密度不到鋼的1/4,但抗拉強度卻是鋼的7～9倍,抗拉彈性也高于鋼,碳纖維比鋁輕、比鋼硬。由于質輕,碳纖維復合材料質量大約是鋼的20%,依據纖維等級和方向性,甚至可以達到類似鋼材的強度。此外,碳纖維還不生銹,使用纖維材料可以大幅降低產品體重,因而可顯著提高燃料效率,用其生產的飛機、汽車,可節約大量燃油。
目前,各種應用占碳纖維年需求的比例如下:體育應用大約為30%,航空應用為10%,工業應用為60%。作為材料,它們正在替代金屬和混凝土來滿足環境、安全和能源要求,在工業領域對碳纖維的需求量正在呈現上升趨勢。有調查顯示2010年全球碳纖維需求量,有望達到3.2萬噸/年,這一數字與2001年相比增長78.3%。
碳纖維生產工藝較為復雜,至今全球規模企業不超過12家。其中領先的生產商有美國氰特工業公司、赫氏公司以及日本的三菱麗陽、德國SGL西格里集團、臺灣省的臺塑集團等少數單位掌握了碳纖維生產的核心技術,并且有規模化大生產。
航空航天歷來就是碳纖維的重要應用領域。航空航天領域是世界碳纖維的傳統應用市場,新型超大型客機――空中客車A380和波音787,均大量使用碳纖維或碳纖維增強塑料作為主要的結構材料。波音787中結構材料有近50%需要使用碳纖維復合材料和玻璃纖維增強塑料,包括主機翼和機身。
除了航空航天以外,隨著全球風電市場的逐步壯大,風電葉片也已經成為碳纖維主要的應用領域之一。一套機組僅葉片就重18噸,如果采用碳纖維,減輕6噸的同時還增加了強度和韌性,也增加了發電功率。
碳纖維在汽車行業的需求前景也較為樂觀。碳纖維復合材料傳動軸、尾翼和引擎蓋已經在汽車行業廣泛應用。
對于有車一族來說,比經濟省油更重要的便是安全,不用鋼板,而用碳纖維等復合材料武裝起來的電動車最高時速可以達到100公里/小時,充滿一次電可以連續行駛超過百公里。比電力驅動更引人注意的是高剛度車身。比起傳統的鋼結構車身,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,特別是用碳纖維制成的方向盤,機械強度和抗沖擊性相比以前分別提高了35%到20%以上。整車強度理論上也比普通材料車強上20%到30%。更絕的是,碳纖維汽車不僅能應付幾乎所有的惡劣地形,通過獨特的傳動系統和超強抓地力輪胎的配合,還能不費吹灰之力地爬上70度的斜坡,對于普通越野車來說,這幾乎是一項不可能完成的任務 。
目前,日產汽車、本田汽車和東麗公司將聯手開發汽車車體用的新型碳纖維材料。合作企業還包括三菱麗陽和東洋紡織,目標是在2015年前開始量產,使車體較使用鋼材者輕40%。日本政府亦支持該項計劃,計劃未來5年投資1850萬美元,希望在全球開發環保車輛的趨勢中取得領先地位。德國寶馬汽車公司也宣布,公司將投資約4億歐元以生產計劃于2013年面市的全球首款以碳纖維塑料為車身材料的量產電動汽車。
篇8
復合材料是指由兩種或兩種以上不同物質以不同方式組合而成的材料，它可以發揮各種材料的優點，克服單一材料的缺陷，擴大材料的應用范圍。由于復合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性優良、耐化學腐蝕和耐候性好等特點，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領域，在近幾年更是得到了飛速發展。
隨著科技的發展，樹脂與玻璃纖維在技術上不斷進步，生產廠家的制造能力普遍提高，使得玻纖增強復合材料的價格成本已被許多行業接受，但玻纖增強復合材料的強度尚不足以和金屬匹敵。因此，碳纖維、硼纖維等增強復合材料相繼問世，使高分子復合材料家族更加完備，已經成為眾多產業的必備材料。目前全世界復合材料的年產量已達550多萬噸，年產值達1300億美元以上，若將歐、美的軍事航空航天的高價值產品計入，其產值將更為驚人。從全球范圍看，世界復合材料的生產主要集中在歐美和東亞地區。近幾年歐美復合材料產需均持續增長，而亞洲的日本則因經濟不景氣，發展較為緩慢，但中國尤其是中國內地的市場發展迅速。據世界主要復合材料生產商PPG公司統計，2000年歐洲的復合材料全球占有率約為32%，年產量約200萬噸。與此同時，美國復合材料在20世紀90年代年均增長率約為美國GDP增長率的2倍，達到4%~6%。2000年，美國復合材料的年產量達170萬噸左右。特別是汽車用復合材料的迅速增加使得美國汽車在全球市場上重新崛起。亞洲近幾年復合材料的發展情況與政治經濟的整體變化密切相關，各國的占有率變化很大。總體而言，亞洲的復合材料仍將繼續增長，2000年的總產量約為145萬噸，預計2005年總產量將達180萬噸。
從應用上看，復合材料在美國和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業。2000年美國汽車零件的復合材料用量達14.8萬噸，歐洲汽車復合材料用量到2003年估計可達10.5萬噸。而在日本，復合材料主要用于住宅建設，如衛浴設備等，此類產品在2000年的用量達7.5萬噸，汽車等領域的用量僅為2.4萬噸。不過從全球范圍看，汽車工業是復合材料最大的用戶，今后發展潛力仍十分巨大，目前還有許多新技術正在開發中。例如，為降低發動機噪聲，增加轎車的舒適性，正著力開發兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板；為滿足發動機向高速、增壓、高負荷方向發展的要求，發動機活塞、連桿、軸瓦已開始應用金屬基復合材料。為滿足汽車輕量化要求，必將會有越來越多的新型復合材料將被應用到汽車制造業中。與此同時，隨著近年來人們對環保問題的日益重視，高分子復合材料取代木材方面的應用也得到了進一步推廣。例如，用植物纖維與廢塑料加工而成的復合材料，在北美已被大量用作托盤和包裝箱，用以替代木制產品；而可降解復合材料也成為國內外開發研究的重點。
另外，納米技術逐漸引起人們的關注，納米復合材料的研究開發也成為新的熱點。以納米改性塑料，可使塑料的聚集態及結晶形態發生改變，從而使之具有新的性能，在克服傳統材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時，大大提高了材料的綜合性能。
樹脂基復合材料的增強材料
樹脂基復合材料采用的增強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
目前用于高性能復合材料的玻璃纖維主要有高強度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強度玻璃纖維性價比較高，因此增長率也比較快，年增長率達到10%以上。高強度玻璃纖維復合材料不僅應用在軍用方面，近年來民用產品也有廣泛應用，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機機翼、預警機雷達罩、各種高壓壓力容器、民用飛機直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報道的性能優異的輪胎簾子線等。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，用其增強酚醛樹脂可制成各種結構的耐高溫、耐燒蝕的復合材料部件，大量應用于火箭、導彈的防熱材料。迄今為止，我國已經實用化的高性能樹脂基復合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強度玻璃纖維三大增強纖維中，只有高強度玻璃纖維已達到國際先進水平，且擁有自主知識產權，形成了小規模的產業，現階段年產可達500噸。
2、碳纖維
碳纖維具有強度高、模量高、耐高溫、導電等一系列性能，首先在航空航天領域得到廣泛應用，近年來在運動器具和體育用品方面也廣泛采用。據預測，土木建筑、交通運輸、汽車、能源等領域將會大規模采用工業級碳纖維。1997~2000年間，宇航用碳纖維的年增長率估計為31%，而工業用碳纖維的年增長率估計會達到130%。我國的碳纖維總體水平還比較低，相當于國外七十年代中、末期水平，與國外差距達20年左右。國產碳纖維的主要問題是性能不太穩定且離散系數大、無高性能碳纖維、品種單
一、規格不全、連續長度不夠、未經表面處理、價格偏高等。
3、芳綸纖維
20世紀80年代以來，荷蘭、日本、前蘇聯也先后開展了芳綸纖維的研制開發工作。日本及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場，年增長速度也達到20%左右。芳綸纖維比強度、比模量較高，因此被廣泛應用于航空航天領域的高性能復合材料零部件（如火箭發動機殼體、飛機發動機艙、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）以及耐熱運輸帶、體育運動器材等。
4、超高分子量聚乙烯纖維
超高分子量聚乙烯纖維的比強度在各種纖維中位居第一，尤其是它的抗化學試劑侵蝕性能和抗老化性能優良。它還具有優良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性，許多國家已用它來制造艦艇的高頻聲納導流罩，大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領域，在汽車制造、船舶制造、醫療器械、體育運動器材等領域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應用前景。該纖維一經問世就引起了世界發達國家的極大興趣和重視。
5、熱固性樹脂基復合材料
熱固性樹脂基復合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、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材料制成的復合材料。環氧樹脂的特點是具有優良的化學穩定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機械強度，廣泛應用于化工、輕工、機械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領域。1993年世界環氧樹脂生產能力為130萬噸，1996年遞增到143萬噸，1997年為148萬噸，1999年150萬噸，2003年達到180萬噸左右。我國從1975年開始研究環氧樹脂，據不完全統計，目前我國環氧樹脂生產企業約有170多家，總生產能力為50多萬噸，設備利用率為80%左右。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機械強度高、電絕緣性優異、低發煙性和耐酸性優異等特點，因而在復合材料產業的各個領域得到廣泛的應用。1997年全球酚醛樹脂的產量為300萬噸，其中美國為164萬噸。我國的產量為18萬噸，進口4萬噸。乙烯基酯樹脂是20世紀60年展起來的一類新型熱固性樹脂，其特點是耐腐蝕性好，耐溶劑性好，機械強度高，延伸率大，與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結性能好，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荷蘭Atlac系列強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乙烯基酯樹脂。1971年以前我國的熱固性樹脂基復合材料工業主要是軍工產品，70年代后開始轉向民用。從1987年起，各地大量引進國外先進技術如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產線及各種牌號的聚酯樹脂（美、德、荷、英、意、日）和環氧樹脂（日、德）生產技術；在成型工藝方面，引進了纏繞管、罐生產線、拉擠工藝生產線、SMC生產線、連續制板機組、樹脂傳遞模塑(RTM)成型機、噴射成型技術、樹脂注射成型技術及漁竿生產線等，形成了從研究、設計、生產及原材料配套的完整的工業體系，截止2000年底，我國熱固性樹脂基復合材料生產企業達3000多家，已有51家通過ISO9000質量體系認證，產品品種3000多種，總產量達73萬噸/年，居世界第二位。產品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運輸、造船等工業領域。在建筑方面，有內外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調罩、風機、玻璃鋼水箱、衛生潔具、凈化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及貯罐；在交通運輸方面，汽車上主要有車身、引擎蓋、保險杠等配件，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；在機械及電器領域如屋頂風機、軸流風機、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產品都具有相當的規模；在航空航天及軍事領域，輕型飛機、尾翼、衛星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破。
熱塑性樹脂基復合材料
熱塑性樹脂基復合材料是20世紀80年展起來的，主要有長纖維增強粒料(LFP)、連續纖維增強預浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強型熱塑性復合材料(GMT)。根據使用要求不同，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合材料技術的不斷成熟以及可回收利用的優勢，該品種的復合材料發展較快，歐美發達國家熱塑性樹脂基復合材料已經占到樹脂基復合材料總量的30%以上。
高性能熱塑性樹脂基復合材料以注射件居多，基體以PP、PA為主。產品有管件（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。玻璃纖維增強聚丙烯在汽車中的應用包括通風和供暖系統、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動皮帶保護罩等。
滑石粉填充的PP具有高剛性、高強度、極好的耐熱老化性能及耐寒性。滑石粉增強PP在車內裝飾方面有著重要的應用，如用作通風系統零部件，儀表盤和自動剎車控制杠等，例如美國HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窩狀結構的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。
云母復合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲性、尺寸穩定以及低密度、低價格等特點，利用云母/聚丙烯復合材料可制作汽車儀表盤、前燈保護圈、擋板罩、車門護欄、電機風扇、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。
我國的熱塑性樹脂基復合材料的研究開始于20世紀80年代末期，近十年來取得了快速發展，2000年產量達到12萬噸，約占樹脂基復合材料總產量的17%，，所用的基體材料仍以PP、PA為主，增強材料以玻璃纖維為主，少量為碳纖維，在熱塑性復合材料方面未能有重大突破，與發達國家尚有差距。
我國復合材料的發展潛力和熱點
我國復合材料發展潛力很大，但須處理好以下熱點問題。
1、復合材料創新
復合材料創新包括復合材料的技術發展、復合材料的工藝發展、復合材料的產品發展和復合材料的應用，具體要抓住樹脂基體發展創新、增強材料發展創新、生產工藝發展創新和產品應用發展創新。到2007年，亞洲占世界復合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%，目前亞洲人均消費量僅為0.29kg，而美國為6.8kg，亞洲地區具有極大的增長潛力。
2、聚丙烯腈基纖維發展
我國碳纖維工業發展緩慢，從CF發展回顧、特點、國內碳纖維發展過程、中國PAN基CF市場概況、特點、“十五”科技攻關情況看，發展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。
3、玻璃纖維結構調整
我國玻璃纖維70%以上用于增強基材，在國際市場上具有成本優勢，但在品種規格和質量上與先進國家尚有差距，必須改進和發展紗類、機織物、無紡氈、編織物、縫編織物、復合氈，推進玻纖與玻鋼兩行業密切合作，促進玻璃纖維增強材料的新發展。
4、開發能源、交通用復合材料市場
一是清潔、可再生能源用復合材料，包括風力發電用復合材料、煙氣脫硫裝置用復合材料、輸變電設備用復合材料和天然氣、氫氣高壓容器；二是汽車、城市軌道交通用復合材料，包括汽車車身、構架和車體外覆蓋件，軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等；三是民航客機用復合材料，主要為碳纖維復合材料。熱塑性復合材料約占10%，主要產品為機翼部件、垂直尾翼、機頭罩等。我國未來20年間需新增支線飛機661架，將形成民航客機的大產業，復合材料可建成新產業與之相配套；四是船艇用復合材料，主要為游艇和漁船，游艇作為高級娛樂耐用消費品在歐美有很大市場，由于我國魚類資源的減少、漁船雖發展緩慢，但復合材料特有的優點仍有發展的空間。
5、纖維復合材料基礎設施應用
國內外復合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎應用廣泛，與傳統材料相比有很多優點，特別是在橋梁上和在房屋補強、隧道工程以及大型儲倉修補和加固中市場廣闊。
6、復合材料綜合處理與再生
篇9
關鍵詞：碳纖維；碳纖維導電混凝土；表面處理
1 引言
碳纖維在混凝土中的分散狀態是碳纖維混凝土制備和應用過程中的關鍵問題，對其導電性能、電一力和力一電等效應具有重要的影響。國內外學者對碳纖維的分散開展了大量研究工作，美國紐約州立大學布法羅分校的D.D.L.Chung最早采用甲基纖維素（MC）作為分散劑對纖維分散進行改善。此外，她還提出對碳纖維進行表面改性的兩種方法：一種是將碳纖維浸泡在強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；另一種方法是將碳纖維浸泡在硅烷偶聯劑溶液中，在纖維表面形成硅烷涂層而提高親水性。孫輝、孫明清等發現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種常用分散劑后發現分散劑對短碳纖維的分散效果為HEC>CMC>MC。
2 常用表面處理方法
2.1 陽極氧化法
陽極氧化法，又稱為電化學氧化表面處理，是以碳纖維作為電解池的陽極，石墨作為陰極，在電解水的過程中利用陽極生產的“氧”，氧化碳纖維表面的碳及其含氧官能團，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程。
陽極氧化法對碳纖維的處理效果不僅與電解質的種類密切相關，并且增加電流密度與延長氧化時間是等效的。該表面處理方法可以通過改變反應溫度、電解質濃度、處理時間和電流密度等條件進行控制。
通過此方法處理后，使碳纖維表面引入各種功能基團而改善纖維的浸潤和黏接等特性，顯著增加碳纖維增強復合材料的力學性能。莊毅等[3]采用碳酸氫銨為電解質，對PAN基碳纖維進行陽極氧化處理后，測試發現復合材料的層間剪切斷裂轉變為張力斷裂，使其ILSS提高了49%。
陽極氧化法的特點是氧化反應緩和，易于控制，處理效果顯著，可對氧化程度進行精確
控制，目前已得到廣泛應用，是目前最具有實用價值的方法之一。 但是處理后殘留電解質的洗凈和干燥十分繁瑣，需要連續的電化學處理設備，對處理后的碳纖維進行充分的水洗、烘干，會增加處理成本。
2.2 液相氧化法
液相氧化法是采用液相介質對碳纖維表面進行氧化的方法。常用的液相介質有濃硝酸、混合酸和強氧化劑等，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復合材料的彎曲強度提高12.9%，橫向剪切強度提高63.4%，平面剪切強度提高15.6%，并通過X-射線電子能譜分析，發現復合材料界面黏結性能得到改善的根本原因是在界面區域發生了酯化反應。
液相氧化法相對較為溫和，一般不使纖維產生過多的起坑和裂解。但是其處理時間較長，與碳纖維生產線匹配難，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。氧化處理后，碳纖維表面積增大，官能團增多，可以提高復合材料界面的黏接強度和材料的力學性能。
冀克儉等[5]采用臭氧氧化法對碳纖維進行了表面處理，發現碳纖維表面羥基或醚基官能團的含量提高，其與環氧樹脂制成復合材料后的ILSS提高35%。王玉果等[6]對碳纖維在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/環氧復合材料，研究發現其力學性能（沖擊強度除外）隨處理溫度的升高而增加。近年來，利用惰性氣體氧化法進行表面處理，也得到了研究人員的關注。
此方法的優點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造成氧化過度，從而對碳纖維的強度造成極大的損傷。
2.4 等離子體氧化法
等離子體是具有足夠數量，而且電荷數近似相等的正負帶電粒子的物質聚集態。用等離子體氧化法對纖維表面進行改性處理，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）對材料表面進行物理和化學作用的過程。
等離子體表面處理時，電場中產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，促使纖維表層產生活性基團，在空氣中氧化后生產羰基、羧基等基團。
華東理工大學賈玲等[7]將碳纖維預浸芳基乙炔進行空氣等離子處理，使芳基乙炔接枝在碳纖維上，結果表明：經過等離子處理后的碳纖維/芳基乙炔復合材料的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行，避免高溫對纖維的損傷；處理時間短，經改性的表面厚度薄，可做到使材料表面性質發生較大的變化，而本體的性質基本保持不變。且經等離子體處理的纖維干燥、干凈，免去了后續處理工藝。但是等離子體的生產需要一定的真空環境，設備復雜，因此，給連續、穩定和長時間處理帶來一定的困難。
2.5 表面涂層改性法
將某種聚合物涂覆在碳纖維表面，改變復合材料界面層的結構與性能，使界面極性等相適應以提高界面黏結強度，并提供一個可塑界面層，以消除界面內應力。用熱塑性PPQ作為涂覆劑，涂層處理碳纖維表面增強環氧樹脂，使CFRP的層間剪切強度由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度及其復合材料的層間剪切強度均得到提高。賀福等[8]用此方法對碳纖維表面進行了處理，羰基的質量分數由13.6%提高到16.0%，層間剪切強度由70.0MPa提高到96.6MPa，拉伸強度的提高幅度為6%～19%。
該方法兼具液相補強和氣相氧化的作用，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，即反應激烈，反應條件難以控制。
3 結語
碳纖維的各種表面處理方法各有特點，有一部分方法還只停留在實驗室階段，如氣相沉積法和等離子法等。但是復合表面處理法可適當調和幾種表面處理方法的優缺點，必將成為今后碳纖維表面處理的主要研究方向。隨著社會的發展，未來對碳纖維導電混凝土的需求必然增加，同時對混凝土的整體性能提出更高的要求。通過改善增強纖維的表面性能，提高纖維在水泥基體內的分散程度，以降低混凝土的導電性能，必然會得到更高的重視。
參考文獻
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篇10
新材料是支撐我國戰略性新興產業的基礎材料，是發展先進制造業和高技術產業的物質基礎，是全球發展最快和最活躍的科學技術領域之一，其技術和產業的發展水平與規模，已成為衡量一個國家綜合國力的重要標志。蔣士成院士在致辭中指出，高性能纖維與復合材料是戰略物資，如果能廣泛推廣在民用領域的應用，將減少交通工具能耗和二氧化碳的排放，提升制造業的科技水平和競爭力，對“中國制造2025”計劃具有重要的意義。
端小平在會上指出，中國化纖行業用不到10年的時間縮短了與發達國家30年的差距，各種高性能品種齊步發展，部分品種質量達到國際中等以上水平。未來，中國的高性能纖維發展將注重在汽車、耐高溫過濾材料和航空航天等國防軍工領域的應用，重視低成本生產高品質產品和回收再利用技術的研發，加快制定化纖全產業鏈的標準。
正如東華大學余木火教授所講，輕質高強材料是“中國制造2025”的核心競爭力之一。面對國外的成熟市場，中國更需要重點培育具有戰略意義和中國特色的大市場，與優勢產業共同發展。例如中國的汽車產業、大型飛機和高鐵的輕量化設計。通過建立設計-材料-制造-評價一體化的研發能力，為整個產業鏈提供技術支撐。并解決汽車輕量化復合材料需要解決的工程技術問題，即設計與評價能力、低成本自動化量產技術和回收與循環利用技術。
在學術報告環節，來自交通、航天領域的企業嘉賓針對高性能纖維及復合材料的應用現狀及未來發展趨勢展開深入分析。其中，江蘇奧新新能源汽車有限公司總經理史踐向與會代表展示了公司在研發輕量化碳纖維復合材料電動汽車的各階段成果。并表示，奧新電動車的創新核心思想是輕量化，其創新技術主要體現在新電動底盤、新材料應用、新生產工藝、高比能量電池和智能化、網絡化車載技術應用。
上海飛機制造有限公司副總工程師劉衛平表示，復合材料在商用飛機上大量應用已是一種趨勢，我國商用飛機將大量使用復合材料，帶動我國碳纖維及其復合材料在高端應用領域的快速發展。
中國南車株洲時代新材料科技股份有限公司副總工程師姜其斌指出，未來在交通領域，高性能輕量化復合材料將成為重點發展方向。并重點講解了反應尼龍材料、芳綸蜂窩復合材料、阻燃輕質板材、長玻璃纖維增強熱塑性復合材料（LFT）等幾種典型高性能輕量化復合材料的工程化研究應用。
在碳纖維、芳綸及復合材料在汽車輕量化應用交流分論壇上，來自吉林硅谷碳纖維、江蘇恒神、河北硅谷化工、中復神鷹、泰和新材料、廣州汽車集團等企業的專家從低成本碳纖維生產、碳纖維市場分析及企業的對策、碳纖維復合材料在汽車輕量化方面的應用及推廣的策略、基于輕量化材料的電動汽車結構設計與創新等內容進行深入探討。
其中，江蘇恒神股份有限公司技術顧問沈真基于市場需求分析，認為航空和工業碳纖維需求決定企業必須具備單條千噸線生產能力才能滿足制造商的批量生產要求、實現質量穩定性和降低成本，并且碳纖維復合材料制品研發的特殊性決定企業必須具備從纖維、上漿劑、樹脂直至產品開發和設計制造服務的全產業鏈發展模式。
在功能性纖維開發與應用科技論壇上，來自化纖生產企業、石油化工企業和高等院校等一線科研人員和專家，分別對高模低縮滌綸工業絲、保暖聚酯纖維、氨綸、丙綸等纖維功能性開發及其應用進行了學術交流。
搭建化纖產業創新升級和跨界融合的合作平臺
7月16日，2015中國紡織工程學會化纖專業委員會學術年會在蕭山同地召開。年會以“創新驅動、跨界融合、綠色轉型和智能發展”為主題，舉辦“高性能纖維及復合材料科技論壇”和“生物基化學纖維及原料科技論壇”，同時揭曉了“中國化學纖維工業協會?恒逸基金”獲獎優秀學術論文，并舉辦獲獎論文專題報告。
作為全球化纖界唯一的學術技術獎，“中國化學纖維工業協會?恒逸基金”優秀學術論文獎自2013年設立以來，累計收集論文637篇，已評出一等獎 2 名，二等獎25名，三等獎47名，優秀獎143名。“超高分子量PPTA樹脂及其高模量芳綸纖維的結構與性能”、“干法紡絲制備聚酰亞胺纖維及其結構與性能”、“低成本碳纖維制備新技術 ―― 增塑熔融紡絲法制備PAN纖維及其結構性能研究”、“軼綸？聚酰亞胺纖維的性能及在濾料中的應用”、“聚乳酸生物質纖維的研發、產業化及發展建議”等幾十項化纖前沿新技術、創新成果得到業內高度關注并在行業推廣，為化纖行業科技實力提供了戰略支撐，推動了行業的科技進步。
在高性能纖維及復合材料科技論壇上，各位專家學者主要圍繞國產碳纖維炭化裝備的發展現狀與趨勢、連續玄武巖纖維產業發展規劃、耐高溫吸波碳化硅纖維的設計合成與性能、電紡納米絲球結構聚醚砜的研制及其低阻過濾性能等研究方向進行深入交流。