碳纤维复合材料范文
时间：2023-03-30 15:47:26
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篇1
1.高温热解法热解法是当今唯一已经实现商业化运营的碳纤维增强复合材料的回收方法，这种工艺是在高温下使复合材料进行降解，以得到表面干净的碳纤维，同时还可以回收部分有机液体燃料。日本在福冈县兴建的中试厂，每年可处理碳纤维复合材料废弃物60t。意大利的Karborek等开发了一种在加热过程中碳纤维不会被碳化的工艺技术，可得到的比原始纤维长度较短的碳纤维[4]。从2003年，英国的MilledCarbonFiberLtd.开始回收加工碳纤维复合材料，是全球首家商业运营的专业回收公司。他们利用一套长达37m的热分解设备，每年大约可处理2000t的废弃碳纤维复合材料，所生产的再生碳纤维的产量为1200t。其处理方法是在无氧状态下加热碳纤维复合材料废弃物，保持温度在400～500℃之间，得到的清洁碳纤维可具有90%～95%原始纤维的力学性能，同时分解出的热解气或热解油也可用作热分解的加热能量[5]。美国AdherentTechnologiesInc(ATI)发明了一种低温、低压的碳纤维复合材料热分解工艺，检测表明，用这种方法回收并处理后碳纤维的表面基本上没有受到损伤，碳纤维强度比原始纤维降低约为9%左右[6]。丹麦的ReFiber公司通过在无氧环境条件下，在温度为500℃的旋转炉中将碳纤维复合材料气化，成功地用高温热解法回收了复合材料风机叶片。德国的KarlMeyer再生材料公司开发的一种在加热炉中通入保护气体用以隔绝氧气的新工艺，可使碳纤维复合材料分解后碳纤维基本没有受到损伤。在这项工艺的研究中，该公司得到了陶氏化学公司和众多研究所的技术支持和帮助，目前研制成功的试验装置已经正式投入了营运[7]。值得注意的是，采用高温热解法虽然可以得到比较干净、长度较短的碳纤维，同时分解的复合材料的产物还可用作燃料或其他用途，但是碳纤维由于受到高温和表面氧化等作用，碳纤维的力学性能降低的幅度比较大，这将使碳纤维的再利用受到一定的影响。
2.流化床热分解法流化床热分解法是一种采用高温的空气热流对碳纤维复合材料进行高温热分解的碳纤维回收方法，通常这种工艺还采用旋风分离器来获得填料颗粒和表面干净的碳纤维。英国诺丁汉大学对于流化床热分解工艺方法进行了系统研究，结果表明这种方法特别适用于那些含有其他混合物及污染物碳纤维复合材料报废零部件的回收和利用[8]。Jiang等研究了在流化温度500℃、流化速率1m/s、流化时间10min试验条件下得到回收纤维的表面特征，表面分析表明，碳纤维原始表面上的羟基(-OH)转变为氧化程度更高些的羰基(-C=O）和羧基（-COOH)，但其表面的氧/碳不变，而且碳纤维表面这种变化不影响回收纤维和环氧树脂之间的界面剪切强度[9]。Yip等用温度450℃的流化热流，其速率为lm/s、流化床上砂粒的平均粒度为0.85mm的条件下，对碳纤维复合材料进行热分解试验，回收得到的碳纤维长度为5.9～9.5mm。试验表明，回收纤维的拉伸强度约为原纤维的75%，而弹性模量基本上没有变化，因而回收得到的碳纤维可部分或全部取代原始短切碳纤维；并且原始碳纤维长度越长，回收得到的碳纤维的长度也越长[10]。大量的试验研究结果表明，流化床热分解造成碳纤维拉伸强度降低的主要影响因素是砂粒对纤维表面由于摩擦作用造成了一定的损伤，而且碳纤维与旋风分离器壁的摩擦也造成了碳纤维表面的破坏。因此，虽然用流化床分解法回收可得到比较干净的碳纤维，但由于这种工艺受高温、砂粒磨损等影响，导致了碳纤维长度变短和碳纤维力学性能下降，因而也将影响所回收碳纤维的实际应用范围。
3.超/亚临界流体法当液体的温度及压力处于临界点或临界点的附近时，液体的相对密度、溶解度、热容量、介电常数及化学活性等各种性质都将会发生急剧的变化，从而使液体具有很高的活性、极强的溶解性、特异的流动性、渗透性、扩散性等性质，人们正是利用超/亚临界液体的这些特性，利用它们具有对于高分子材料的独特溶解性能来分解碳纤维复合材料，在期待能最大限度地保留碳纤维的原始性能的前提下，获得到干净的碳纤维。PineroHemanzR等研究了在超临界水中碳纤维增强环氧树脂复合材料的分解过程。试验表明，在673K、28MPa下经30min反应，环氧树脂的分解率为79.3％，当加入氢氧化钾（KOH）催化剂，环氧树脂的分解率达到95.3％，而且所得到的碳纤维的拉伸强度能够保持为原始纤维的90％～98%[11]。XiuFR等在在固体与液体比例为1∶10～1∶30g/mL的条件下，经过在温度300～420℃时分别反应30～120min后，研究了废弃印刷电路板在超临界甲醇中的分解机理。试验结果分析表明，上述条件下分解的主要产物为含苯酚和甲基苯酚衍生物，并且发现当反应的温度提高时，甲基苯酚衍生物的含量有所增加[12]。Liu等系统地研究了温度、压力、时间、催化剂及树脂与水的比例这些因素对于复合材料分解的影响，表明原材料与水的比例对环氧树脂的分解影响不大，而对于分解影响比较大的因素是分解反应的温度、时间和压力。同时，试验结果还表明，当原料比为1g复合材料∶5mL水时，在温度为290℃、经过75min反应后，环氧树脂的分解率可高达到100%[13]。Bai等研究了在30±1MPa和440±10℃条件下，氧化的超临界水对碳纤维增强环氧树脂的分解过程，结果表明在树脂的分解率为85%时，碳纤维的表面上仍然有少量的环氧树脂存在；而当树脂的分解率达到96%时，在碳纤维的表面上已经基本上没有树脂的残留。所获得的碳纤维力学性能测试表明，随着树脂分解率增加，碳纤维的拉伸强度也进一步下降，分析认为这是由于回收的碳纤维的表面发生了过度氧化所致[14]。日本的Okajima等在400℃、20MPa、45min的试验条件下，用2.5%碳酸钾(KCO3)作催化剂，在超临界状态下环氧树脂的分解率为70.9%，而且得到的碳纤维的拉伸强度比原始纤维下降了15%[15]。英国诺丁汉大学的Pickering研究团队在超临界状态下研究了水、二氧化碳，甲醇、乙醇、丙醇和丙酮等多种溶剂对于碳纤维复合材料的分解作用，结果表明丙醇的溶解作用最好。试验结果表明，用超临界丙醇回收的碳纤维的拉伸强度和刚度的是原始纤维99%；同时，研究还表明，甲醇和乙醇对聚酯类树脂的溶解效果比较好，而对环氧树脂的溶解效果比较差，而丙醇可很好地分解环氧树脂复合材料[16]。我国哈尔滨工业大学的白永平等在超临界水中通过添加氧气，使分解速度大大提高，而且回收得到的碳纤维的强度几乎没有下降[17]。
二、CFRP的回收存在的主要问题
由于热固性塑料经过固化处理后，其内部交联成一种网状结构的稳定状态，因而具有了不溶于各种溶剂，在加热过程中也不会熔化的特性，长期放置或掩埋也不会分解。因此，热固性复合材料废弃物的回收早在20世纪90年代初就已经受到学术界和工业界的高度关注，然而到目前为止，虽然有一些工艺和设备已经投入生产应用，但大部分的研究还处于试验阶段。从国内外目前碳纤维回收技术来看，碳纤维复合材料的回收原料主要以生产废料和损坏或淘汰的复合材料零部件等，因而对于不同种类的碳纤维复合材料废料分类回收还没有系统化；当前大量采用的热融化树脂制取碳纤维丝束，导致碳纤维性能大大降低，其性能和价格在市场上没有竞争力；其他一些方法虽然可将碳纤维从复合材料中分离出来，但由于纤维变短和性能下降，同时还会产生环境污染，因而还有待进一步研究与完善[18]。近年来，各工业大国都在进行碳纤维复合材料废弃物的回收与再利用研究，以开发出高效、经济和可行的碳纤维回收利用技术，主要研究集中在粉碎碳纤维增强塑料、热分解碳纤维复合材料、催化分解碳纤维复合材料、流化床回收碳纤维复合材料等回收工艺技术和再利用技术。如康隆(Cannon)公司参与了欧洲一个碳纤维回收再循环利用的项目，用回收的碳纤维绒毛或碳纤维毡加工复合材料部件，由于这些回收再利用碳纤维大约是原生材料价格的一半左右，而且其力学性能可达到全用新碳纤维制造部件的85%，因而经济效益非常可观。
最近,德国的KarlMeyer再生材料公司在特殊的加热炉中采用保护气体的装置回收碳纤维，所得到的碳纤维在外观上与新碳纤维差别不很大，但纤维的长度比较短，而且强度也有所下降，由于其价格比新碳纤维低廉，因而可以用机内饰或其他的复合材料部件。另据报道，波音787梦想飞机将用50%碳纤维材料制造，宝马2款新车型的客舱用碳纤维制成，为此2公司签订了碳纤维复合材料回收利用研究的技术协议。再如，美国诺丁汉大学和波音公司计划每年投资100万美元，共同研究所有复合材料回收利用技术，主要进行碳纤维回收工艺研究过程、回收碳纤维重新应用等[19]。但到目前为止，这些开发工作还没有进入实质性的研制阶段，因而真正实现产业化回收和利用还尚需时日。碳纤维复合材料的回收和再利用具有多方面的经济效益，碳纤维回收和再利用不仅可以实现高价值材料的再利用，而且碳纤维复合材料部件回收和再利用可大大减少能源消耗和环境污染。但是，目前碳纤维复合材料回收和再利用仍面临着许多问题，如碳纤维复合材料废弃物的收集和分类比较困难；废弃物回收和再利用的工艺技术还不十分成熟，大多数新研制的工艺技术仍停留在实验室阶段，最终实现商业化生产还需要做很多工作；目前虽然已建有回收碳纤维复合材料的公司并可生产再生碳纤维，但再生碳纤维的利用还受到各种因素的限制，如其力学性能不稳定就难以为用户接受，也难以在要求性能较高的零部件上应用。
三、结语
篇2
【关键词】碳纤维；混凝土结构；加固
碳纤维复合材料包含的方面又很多，其中主要有碳纤维、芳纶纤维以及玻璃纤维等，这些都是我们生活中经常用到的，而且它们都具有轻质、高强、耐腐蚀等特点。因此在80年代初，人们也将其作为主要的工程施工材料广泛的应用在工程施工中。碳纤维材料起初主要用于军事、航天、船舶等工程当中，并且取得了不错的效果，后来随着科学技术的不断发展，人们在原有的基础之上对其进行完善和改进，从而扩展到土木工程施工中来，对混凝土的修复和加固工作有着十分重要的意义。
1.碳纤维复合材料的特点及力学性能
碳纤维是当前工程施工中的一种新型的施工材料。它具有良好的物理力学性能，这也是当前用途最广，性能最好的纤维材料。它在土木工程结构当中，有着极强的补强作用，可以对混凝土结构进行合理有效的修复和加固，从而提高土木工程的结构强度。目前，由于我国的碳纤维生产技术比较落后，因此在进行使用的时候，一般都是采用国外进口的碳纤维片。这种碳纤维片有很多种，其中比较常见的有：单向片、单向织布、双向织布等，这些也是我们工程施工中常用到的施工材料。
当前，在土木工程中应用的最为广泛的碳纤维复合材料就是碳纤维增强塑料，这种材料在制作过程中，对其物理力学性能有着十分严格的要求，而且在施工性和耐久性方面也有着相应的施工指标。
碳纤维增强塑料的质地比较轻，而强度比较高，经相关测试，碳纤维增强塑料的结构强度要超过普通施工钢材的好几十倍。而且它本身具有的弹性模量和建筑施工钢材相比，碳纤维增强弹性模量更强，耐久性和耐腐蚀性也比一般的建筑施工材料要强。由此可见，这种碳纤维复合材料，有着极强的物理力学性能，有利于土木工程结构的加固与修复，极大程度上保障土木工程的质量。
2.碳纤维增强塑料在土木工程中的应用现状
2.1国外应用现状
目前在工程施工中，人们也开始尝试着将碳纤维材料加入到混凝土当中，从而制成碳纤维混凝土，应用到工程项目当中，并且取得了不错的效果。这种主要是将碳纤维的长丝制作成和钢筋一样的棒材，在混凝土施工中，将其用来代替钢筋，从而形成一种新型的结构材料，这种碳纤维混凝土主要用在一些大型工程结构建设当中。而且在大型的土木工程建设的时候，人们将碳纤维材料加工成绳状，将其作为工程施工的拉索结构，不过这种方法并没有对锚具连接的问题进行很好的解决，但是在土方工程施工中，仍然在应用。而碳纤维混凝土在混凝土工程施工建设中强度比较高，而且具有极强的耐久性和耐腐蚀性，这也对混凝土的开裂现象进行了有效的控制，从而提高了土木工程的施工质量。
在上个世纪80年代，发达国家就已经开始将碳纤维材料应用到混凝土结构当中，从而增强混凝土的物理力学性能，并且在90年代初期，发达国家就将其碳纤维混凝土材料广泛的应用到各个工程施工领域当中，而且更具碳纤维优异的物理力学性能，使的许多工程设施的结构质量都有着大幅度的提高。目前，国外发达国家不但将碳纤维施工技术应用到各个领域，还对其施工生产技术掌握得十分成熟，而且现在有许多施工单位将这种碳纤维施工材料，应用到了土木工程当中，并且为社会建设提供了良好的条件。
2.2国内应用现状
碳纤维加固修补混凝土结构技术在我国起步较晚，但最近几年系统地对碳纤维用于加固修补混凝土结构技术的研究也呈现不断发展的趋势，最初仅有国家工业建筑诊断与工程技术研究中心一个单位，相继有清华大学、同济大学、天津大学、东南大学、大连理工大学等十余家高等学校和科研设计单位尝试地进行过国产和进口碳纤维织物加固混凝土构件主要包括板、梁、柱等的模型实验、加固施工工艺及加固性能评价等方面的研究，已经取得了实质性成果，并在工业与民用建筑、桥梁与隧道以及公路工程中得到具体的应用，收到了良好的效果，现在部分单位着手从事纤维增强材料加固混凝土结构规范的研究。该课题已列入建设部研究开发课题及国家科技部“九五”重点攻关课题。目前这项工作还处于刚刚起步阶段。自1997年5月，国家工程中心已制作了一些试件，分为20余个工况，取得了构件抗弯、抗剪和抗压等一些有价值的实验数据，进行了多项工程的试点与推广。相信碳纤维增强材料在国内将有广阔的发展前景。
3.目前存在的问题
3.1力学研究方面存在的问题
碳纤维加固混凝土结构的技术是得到国际上普遍认同的开发热点，其力学研究已经取得了很大的进展，然而，截止目前这方面工作还存在一些问题：（1）尽管对加固结构的力学性能进行了一些试验研究，但是系统的理论分析和数值计算研究却很有限。而这对于创立和发展这种崭新的加固技术是必不可少的。（2）碳纤维加强混凝土结构的破坏模式，如钢筋屈服-碳纤维断裂破坏、钢筋屈服-混凝土压碎、混凝土受压破坏和碳纤维板于混凝土面的黏结破坏等各类破坏特性，尚需深入研究。（3）尽管对碳纤维加强构件的弯曲、剪切延性、刚度能力等几方面性能分别进行了实验研究，但有关它们的综合因素对加固材料的登记、数量以及施工工艺的影响的研究尚欠缺。（4）有关疲劳和抗震性能的研究不足，这对于评价加固结构的综合性能，预测其二次寿命至关重要。（5）碳纤维加强构件与结构其它部分或整体的协调性如何，荷载的重分布而引起的局部破坏可能、连接点的削弱程度等，尚待研究。
3.2尚待解决的技术关键
材料的国产化问题。尽管国外已有多种定型的碳纤维材料产品，但国内的大规模开发应用不能完全依赖于进口产品，从降低成本及发展民族工业来讲，国产化是必须的条件，目前国内的PAN基碳纤维强度一般在2000～3000Mpa之间，弹性模量在2.1x105Mpa左右，其性能基本满足加固要求，但在预浸料的生产和加工成品的质量方面仍有较大的欠缺，均匀性也较差。因此材料的国产化问题是一个关键问题。
碳纤维加固修补使用的技术方面的问题，这主要体现在国内相应标准与规程的制定上，尽管国外一些国家已有了较完善的标准和规程，但并不适合我国，我们应及早制定出自己的标准和施工指南，包括材料生产、使用、检验、加固设计、计算、工程施工与验收的一系列标准化工作。
不过自碳纤维加固修复混凝土结构技术研究开发成功后，给土木建筑领域加固改造技术带来重大变革，采用碳纤维加固修复混凝土结构技术将比以往从传统的技术更优越、更有效率和更方便经济，可以解决传统的加固方法不能解决的技术问题，具有重大的经济和社会效益。碳纤维加固修复混凝土结构技术研究开发成功，将为碳纤维材料及其它高性能纤维材料应用于建筑业打下深厚的基础，开辟了新的产业途径。
4.结束语
由此可见，碳纤维复合材料由于具有优异的特性，在土木工程中得到的广泛的应用。它不但对土木工程中的混凝土结构有着良好的加固修复功能，延长了混凝土结构的使用寿命，还极大程度上推动了土木工程的发展，为是我国的经济建设打下了扎实基础。
【参考文献】
篇3
【关键词】碳纤维增强复合材料；建筑工程；施工
在建筑工程中，使用碳纤维材料的主要作用在于加固结构，该材料的使用可以促使工程承载能力大大提升，或者促进工程承载功能的改善，目前在建筑施工中的有所应用。在施工中常应用到的碳纤维材料包括碳纤维网格、碳纤维板、碳纤维条带、碳纤维布等。在加固过程中，要以加固方法、加固部位、加固能力等因素为依据，对材料进行选择。若加固构件比较复杂，则需选择强度较高的碳纤维布，如果加固方法为嵌入式加固，则需选择碳纤维条带或者碳纤维板[1]。在柱加固、平板加固中，需选用柔性挪摹＝ㄖ工程结构不同，对碳纤维增强复合材料的选择也不同，在材料使用过程中，要充分考虑到施工性能、耐久性能、力学性能等因素，确保碳纤维增强复合材料复合施工要求。
一、碳纤维增强复合材料的特征
目前，在建筑工程施工中，碳纤维增强复合材料的使用逐渐增多，该材料的主要特征为纤维增强，产品形式较多，包括网格材、模压型材、拉挤型材、筋材、片材、格栅，其中片材包括纤维板、纤维布两种，应用最多的是纤维布，在结构工程加固中非常受用，在使用之前，无需浸润树脂，加固过程中，经树脂浸润后，可于结构表面进行粘贴。
（一）具备耐腐蚀性
碳纤维增强复合材料具备耐腐蚀性的特征，在潮湿、氯盐、碱、酸性环境中均可被使用，该材料在海洋工程、化工建筑等工程中适用，其腐蚀性已经被得到验证。针对近海地区、寒冷地区的建筑，可将碳纤维增强复合材料应用于其中，能够对空气内盐分腐蚀起到抵抗作用，促使结构维修费用减少，可将结构使用寿命延长[2]。
（二）拥有良好的比强度
所谓比强度较高，也就是指轻质高强，碳纤维增强复合材料可将结构自重减轻，在建筑工程施工中，若采用传统材料施工，则会降低大跨度空间结构体系理论极限跨度，另外，该材料还能够被应用于抗震结构内，因其可将结构自重减轻，从而促使地震作用减小，提升建筑结构的安全性与耐疲劳功能[3]。
（三）弹较好 可应用于特殊场合
碳纤维增强复合材料的弹较好，应力应变曲线与线弹性接近，即便因偶然超载出现变形，也可自行恢复。另外，该材料还拥有良好的隔热、绝缘等功能，在特殊场合中受用，包括医疗核磁共振设备、地磁观测站、雷达站等。
（四）设计性强
在建筑施工中，以工程所需的纤维含量、材料性质、铺设方式等为依据，需选取不同设计的材料，碳纤维增强复合材料属于人工材料，其设计性比较强，针对建筑功能的特殊要求，可采用不同的设计方法，设计比较灵活。
与传统结构材料相比，碳纤维增强复合材料主要是各向异性材料，材料的弹性模量、纤维方向强度非常高，垂直纤维弹性模量、方向强度低，会导致碳纤维增强复合材料设计难度、结构分析难度增加。该材料在弹性模量上与木材、混凝土的数量级基本一致，其设计主要为变形控制，与钢材相比，该材料的弹性模量要低，可将混凝土与碳纤维增强复合材料相组合，对结构变形进行控制，可弥补刚度不足的缺陷[4]。
碳纤维材料的层间拉伸强度、剪切强度低于抗拉强度，在结构设计过程中，需将连接减少，同时还需注重对连接进行设计。通常而言，碳纤维增强复合材料并不具备良好的防火性能，在高温情况下，树脂会渐渐软化，可降低树脂的力学性能。现阶段，可将阻燃剂加入材料中，使材料的抗火性能大大提升，除此之外，工作环境、初始缺陷会对该材料的抗疲劳性能产生较大影响。从经济的角度上而言，碳纤维材料的价格比较昂贵，不过该材料具备耐腐蚀、自重轻、可减少维修次数等特征，应用价值更高[5]。
二、碳纤维增强复合材料在建筑工程中的具体应用
本文以某建筑施工情况为例，分析碳纤维增强复合材料在建筑工程中的具体应用。在该施工工程中，碳纤维增强复合材料的主要作用为加固，在混凝土结构加固、钢结构加固修复中发挥了重要作用。
（一）材料在加固混凝土结构中的应用
①混凝土缠绕。利用碳纤维布，对加固混凝土进行缠绕，可达到混凝土加固的目的。对混凝土进行约束，能够促使其变形能力、强度的提升，还可将混凝土柱的抗剪能力提升。截面形状与碳纤维增强复合材料对混凝土柱的约束效应两者间存在较大关联，针对矩形截面柱，其承压能力非常有限，提高幅度不大，不过可提高其抗剪能力、变形能力。在加固过程中，通过处理截面形状，使其有一定弧度，能够促使结构受压能力提升[6]。碳纤维增强复合材料将混凝土柱缠绕起来，能够改善结构延性。
②将碳纤维增强复合材料粘贴于受拉面。将该材料粘贴于板、梁的受拉面，有利于促进受拉承载力的提升，不过值得注意的是，当受拉钢筋屈服后，该材料才能够充分发挥受拉作用，然而在这一阶段，板、梁挠度已经非常大，因此，碳纤维片材只可作为安全储备。碳纤维增强复合材料片材受到受弯加固作用的影响后，可能会发生剥离破坏现象，为此，可将碳纤维条带粘贴于梁侧面，便于对梁腹配筋不足从而引起的缝隙进行控制，在板、梁加固中均可被应用。目前，碳纤维增强复合材料在混凝土结构中的应用较多，不过其中也存在一些问题尚未解决，例如疲劳性能、环境影响、粘接性能、防火问题等。
（二）材料在钢结构加固修复中的应用
在钢结构加固修复过程中，可利用碳纤维增强复合材料，取得较好的加固修复效果。选取钢结构损伤部位，将纤维板粘贴于该部位，对钢结构受力性能具有改善作用，把纤维板粘贴于梁受拉面，可促使结构的抗弯刚度、承载力大大提升，这种方法非常有效。将片材粘贴于梁腹板部位，可使抗剪承载力提升，若钢结构发生疲劳损伤，利用碳纤维材料进行加固，可使剩余疲劳寿命提升，可将纤维布于钢管柱上缠绕，有利于防止局部失稳的现象发生，对抗压承载能力的提升非常有利。
①加固受拉构件
利用碳纤维增强复合材料对受拉构件进行加固，可促使钢构件极限荷载能力提升，脱胶程度、脱胶位置不同，极限承载力也存在差异，在受拉构件中，需充分发挥粘胶剂的作用，在粘贴过程中，沿着柱子环向粘贴，可取得较好的粘贴效果，能够提高极限承载力，提高幅度在15%至18%间，且不会出现剥离现象，材料也不会发生断裂。碳纤维增强复合材料的使用能够延长钢结构剩余疲劳寿命，加固效果非常显著。经材料加固后，钢结构原来的受力状态会产生一定变化。钢结构、碳纤维材料间胶层存在正应力或者剪应力，针对不连续区域，可能会出现漏胶、损伤裂纹等情况，胶层正应力、剪应力均有应力集中，可破坏胶层。要想防止胶层出现剥离破坏的情况，则需将碳纤维板材料两端做成45度角，可将胶层应力减少。
②加固受弯构件
针对不存在初始损伤的钢梁而言，采用碳纤维增强复合材料给予加固，不会对其刚度造成太大影响，不过可提高承载能力。利用碳纤维材料采取加固措施，钢梁、材料受损部位出现剥离破坏后，会导致损伤变得更加严重，剥离破坏现象会加重，因此，要对材料合理使用，充分利用与发挥该材料的高强性能，提高极限承载力，预防剥离破坏的发生。
（三）碳纤维增强复合材料的空间结构
碳纤维增强复合材料具备耐腐蚀、轻质等特征，在大跨度空间结构中可被应用，可将该材料制作为杆件，在网壳、网架结构中应用，不过碳纤维材料在应用过程中，节点处理难度较大、弹性模量低，为此，其优势难以发挥。现阶段，带有铝合金结构的碳纤维材料被开发，在空间网架结构中的应用效果较好，该材料的使用可将施工周期缩短，具有良好的耐腐蚀性，不会增加维护费用，在环境恶劣、超大跨度的工程中受用。
碳纤维增强复合材料可制作为夹芯板、波纹板、空心板，组成不同形状的空间结构，在娱乐设施、雷达天线罩、厂房等建筑结构中可被应用，建筑施工难度不大，易成形，具备良好的保温效果。
三、建筑施工对碳纤维增强复合材料性能的要求
针对建筑施工的特征而言，在碳纤维增强复合材料的选择中，要注重材料性质符合施工特征，碳纤维增强复合材料必须具备三个特征，分别为施工性能、耐久性能、力学性能。就材料的力学性能而言，碳纤维材料必须要有足够强度，不易受到外界作用的影响，因碳纤维材料具备高强性能的特征，一般而言，能够满足建筑施工的要求。另外，从耐久性能上看，碳纤维复合材料对自然界因素可起到良好的抵抗作用，且在使用期间，结构设计也不会产生变化。使其设计能力得以保持。从施工性能上看，在现代建筑施工中，将碳纤维复合材料应用于其中，可使结构材料的耦合效应、适配效应相结合，确保施工工艺的提升。
碳纤维复合材料在提高建筑结构承载能力、建筑结构加固中均可充分发挥作用，能够促使承载性能得以改善，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异，若建筑承载力需提升，则需选择强度较高的材料（碳纤维布），若建筑刚性需提升，则选用碳纤维板。新的建筑工程会根据施工要求选择材料。针对面临腐蚀风险的建筑，可选用碳纤维筋，达到控制钢筋结构损害的目的，提升钢结构的可靠性、稳定性，促使结构使用寿命延长。碳纤维增强复合材料的使用能够使钢筋使用数量减少，将操作流程简化，提升结构抗拉力功能。
碳纤维材料的抗疲劳、耐腐蚀、低松弛特征显著，选取预先制作的碳纤维管，将混凝土浇筑于该构建中，能够促使混凝土变形能力、强度提升，预防碳纤维材料管发生屈曲破坏的现象，增强结构的受力性，在建筑工程中非常受用。
结束语：
碳纤维增强复合材料具有较多的优势，例如抗腐蚀、施工性能良好、力学性能稳定，不过从目前总体使用情况上看，该材料在建筑工程中的使用并不多，究其原因，主要在于价格昂贵，购买需要较多的资金。伴随科学技术的不断进步与发展，复合材料技术会逐渐提升，碳纤维材料价格也会有所降低，该材料在建筑工程中有着较高的应用价值，在未来还将出现更多相关的应用，例如复合材料棒、碳纤维增强混凝土等，上述材料的使用能够大大提高建筑工程的稳定性与安全性，充分发挥建筑材料的作用，提高建筑质量。
参考文献：
[1]朱显巨，钱国芬，茹建中.浅析碳纤维增强复合材料在建筑工程中的应用[J].中华民居（下旬刊），2014（05）：148.
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[3]杨勇新，岳清瑞.建筑工程应用的碳纤维增强复合材料[J].新材料产业，2012（02）：30-32.
[4]李瑞杰，何安荣，徐超，林松.碳纤维增强复合材料结构阻尼性能研究[J].宇航材料工艺，2012（04）：64-67.
篇4
为推进我市碳纤维产业链与创新链深度融合，做大做强我市碳纤维及复合材料产业，围绕吉林市建设国际碳纤维及复合材料产业基地，根据市委市政府《吉林市产业链链长制工作方案》《全市产业链招商引资攻坚专项行动方案》《2022年吉林市科技创新发展计划指南》文件精神，设立本专项指南，具体如下：
一、项目类别
（一）战略研究软科学专项
1.吉林市碳纤维及复合材料检验检测中心可行性研究和方案设计；
2.吉林市碳纤维产业知识产权战略布局研究；
3.碳纤维及复合材料技术标准研究；
4.利用大数据分析基于丙烯腈价格的下游产品定价机制研究；
（二）中国（吉林化纤杯）碳纤维复合材料设计与应用创新创业大赛为促进吉林市大丝束碳纤维的推广应用，吸引国内外高校、科研院所以及中小企业充分了解和利用大丝束碳纤维进行产品开发与应用创新，支持由中国化纤协会等单位主办，吉林化纤集团公司等单位承办的“中国（吉林化纤杯）碳纤维复合材料设计与应用创新创业大赛。由大赛承办单位吉林化纤集团公司定向申报。
（三）碳纤维及复合材料产业科技创新专项
1.建立碳纤维试验线
解决聚合、纺丝、碳化的试验线，具备配方调整，湿法、干法纺丝，蒸汽牵伸、油剂、上浆剂调配、碳化表征等功能。满足1k-50k碳化需要，且强度能够稳定达到T700级以上，碳化温度不低于1800℃。
申报要求：申请资金额度不超过600万元，且需要申报单位提供1:1配套资金。
2.新型碳纤维开发
（1）PAN基中空碳纤维原丝技术研发。技术指标：原丝纤度在1dtex左右，空心直径在100nm以下。
（2）沥青基碳纤维原料技术研发。技术指标:标模型拉伸弹性模量220～260GPa,拉伸强度1000～2000MPa,直径11μm。
3.大丝束碳纤维上浆剂树脂体系研发及产业化
（1）拉挤型材大丝束碳纤维专用树脂的浸润及固化优化研究。针对拉型材产品要求，给出拉挤速度（≥0.4m/min）、树脂配比、浸润温度、固化温度最佳工艺参数。
（2）拉挤型材大丝束碳纤维专用上浆剂技术优化研究。技术指标：大丝束碳纤维复材制品层间剪切强度平均值≥60MPa，90°拉伸强度平均值≥50MPa，上浆后的碳丝表面能≥30J/m^2。
（3）碳纤维用聚双环戊二烯（DCPD）上浆剂研发。技术指标：T400级碳纤维/聚双环戊二烯（DCPD）复合材料层间剪切强度≥50MPa；抗拉强度>1000MPa，弹性模量>100GPa，弯曲强度>800MPa。
4.碳纤维原丝及碳丝质量提升攻关
提高大丝束碳纤维强度并缩短预氧化时间的生产技术研发。预氧化时间可控制在40分钟内制得均质碳纤维，均质化后48K大丝束碳纤维的力学性能技术指标：体密度≥1.78±0.02g/cm³，拉伸强度≥4.50GPa,拉伸模量≥230.00GPa，断裂拉长率≥1.80%。
5.碳纤维应用领域技术研发及产业化
（1）速钻碳纤维短纤桥塞技术研发。技术指标：耐井下温度150℃，耐承载压力70MPa。
（2）非金属内胆25K及以上碳纤维缠绕Ⅳ型氢气瓶关键技术研发。技术指标：气瓶的公称工作压力≥35MPa，结构减重30%以上。
（3）下一代动车组转向架碳纤维板弹簧技术研发。技术指标：刚度达到1000N/mm，满足空车载荷52.4kN，定员载荷61.4kN，空车载荷高165mm。
（4）碳纤维直升机防砂滤组件的研发及产业化。技术指标:气体流量:5g/S，压力损失:105mm水柱，分离效率:90%。
（5）碳纤维二维编织复合材料义肢技术研发。技术指标：拉伸强度≥55.2Mpa，弯曲强度≥89Mpa，冲击强度≥12x104J/m2，弹性模量≥980Mpa。
（6）碳纤维箱包制造新工艺研究。
6.PAN基碳纤维生产环节工业废气无害化处理研究。技术指标：满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）、《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）。
7.其它方面
利用人工智能、大数据、云计算、互联网等技术建设智能工厂，开展碳纤维产业链装备关键技术攻关；为降低企业用电成本，支持碳纤维产业能源优化系统技术研发。
（四）碳纤维产业链发展支撑
围绕吉林市建设国际碳纤维及复合材料产业基地，支持《吉林国际碳纤维及复合材料产业基地发展规划》编制，吉林碳纤维产业链招商云平台建设，吉林碳纤维产业链招商项目策划包装。本部分项目将根据有关规定公开招标，项目资金数额根据招标结果确定。
二、申报要求
1.驻吉高校、吉林市城区（开发区）企业均可申报，支持高校和企业联合申报，配套资金不低于项目资金50%；
2.申报项目属合作开发的，各方须签订相关技术合同（协议），优先支持上下游产业链和产学研合作项目；
3.项目负责人一般应具备副高级（含副高级）以上专业技术职称；
4.其他申报要求参照《2022年吉林市科技创新发展计划指南》规定执行。
三、资助额度
战略研究软科学专项不超过10万元/项；中国（吉林化纤杯）碳纤维复合材料设计与应用创新创业大赛20万/年；碳纤维产业科技创新专项中行业探索项目不超过20万元/项，产业化中试项目不超过50万元/项。
四、资助方式
一次性给予无偿资金支持。
五、项目执行周期
战略研究软科学专项执行周期1年，中国（吉林化纤杯）碳纤维复合材料设计与应用创新创业大赛执行周期1年，碳纤维产业科技创新专项执行周期2年。
六、申报材料
1.吉林市科技创新发展计划项目申报书；
2.项目可研报告；
3.提学研合作有关协议；
4.中国（吉林化纤杯）碳纤维复合材料设计与应用创新创业大赛提供组织方案。
七、申报截止时间
2021年5月30日；中国（吉林化纤杯）碳纤维复合材料设计与应用创新创业大赛参赛项目申报要求另行发文件通知。
八、受理与咨询电话
碳纤维产业推进处 联系人：任秋丽 电话：62048989
篇5
【关键词】碳纤维；复合材料；桥梁施工；加固工程
随着我国桥梁道路工程建设的不断发展，桥梁工程施工技术也得到了很大的提高。同时在科技的推动下，建设施工的新型材料也在不断研发应用，这些都是我国桥梁道路施工水平提高的体现。其中碳纤维复合材料就是其中一个具有很大优越性的现代新型桥梁施工材料，在当前的桥梁道路施工中有着极为广泛的应用。尤其是近年来，社会的发展使得车辆对桥梁的通行能力提出更高的要求，并对桥梁的荷载能力、抗压能力、耐腐蚀能力等基本性能也提出了更高的要求。为了满足这一需求，新型施工工艺和施工材料的应用就显得非常有必要。本文中主要探讨了碳纤维复合材料这种新型材料的应用工艺和发展前景，指出了在新时代的发展下，利用碳纤维复合材料进行桥梁施工是未来桥梁建设施工中的一个主要发展方向。
1.碳纤维复合材料的基本性能
碳纤维复合材料是一种具有高强度和高弹性模量的新型复合材料，其基本构成是由基体材料与增强材料相互结合而形成的，与其具有同种特点的复合材料还有玻璃纤维复合材料和芳纶纤维复合材料。这三种复合材料都是通过物理组合而实现材料性能的提升，比普通的材料要具备更大的优越性。而其中碳纤维复合材料是其中物理力学性能最好的一种复合型材料，因为在很多建设施工中都有着广泛的应用。其主要的应用方法是以替代钢筋作为结构材料的形式，目前在桥梁的张拉施工以及加固施工中也都是较为常用的施工材料。那么碳纤维复合材料的优越性能有哪些呢？现笔者将其优越性总结为下述几点：
1.1碳纤维复合材料具有比钢材高出十几倍的抗拉强度和相当钢材1～2倍的强行模量。
1.2碳纤维复合材料减震性能好，其自振频率很高，可避免早期共振，同时内阻也很大，一旦激震起来，衰减也快。
1.3碳纤维复合材料具有良好的耐久性、耐油、耐酸、耐腐蚀性能好，与生物有很好的相容性。除了强氧化剂外，一般如浓盐酸、30%的硫酸、碱等对其均不起作用。
1.4碳纤维复合材料材料是柔软的，树脂是可以流动的，其产品的形状几乎不受限制，还可以任意着色，从而达到结构形状和材料美学的高度统一。
1.5碳纤维复合材料材料施工便捷，在结构加固中，碳纤维布易成型，能够粘贴在曲面或不规则的结构表面上，考虑到其方向性，设计者可以进行裁减，使其在特定方向上达到预期的设计强度。
2.在桥梁结构施工中的应用
碳纤维复合材料在被研发成功后，是经过了一段时间方才被使用到桥梁的建设施工中的。直到上世纪的80年代，碳纤维复合材料才被应用在桥梁工程的设计施工中，并在后来的桥梁建设中迅速得到广泛应用，这是由其优良的特性来决定的。目前，在桥梁工程，尤其是在大跨度的桥梁工程中，碳纤维复合材料是最具有物理性能优势的建筑材料，在国内外的桥梁施工中都有应用碳纤维复合材料作为预应力筋的案例。
日本是第一个在混凝土桥梁中采用碳纤维复合材料绞线作为桥梁预应力筋的国家。从1988年～1992年，日本应用碳纤维复合材料材料作为预应力筋修建了一系列桥梁，为探求采用碳纤维复合材料力筋的预应力混凝土构件的承载力和耐久性，做了静载和疲劳试验。
3.在桥梁加固中的应用
为恢复和提高既有桥梁的承载能力，采用在桥梁结构受拉侧用环氧树脂粘贴碳纤维复合材料材料的加固方法，具有施工简便、加固费用低（代替钢板加固可节约资金25%）、不减少桥下净空、加固材料带来恒载增加不多等优点，并且加固施工能在不影响或少影响结构使用的情况下进行，同时可克服粘贴钢板受运输的限制、钢板锈蚀引起钢板与混凝土梁之间粘贴层损坏之不足。
在日本，碳纤维复合材料被广泛用于公路桥梁、铁路桥梁、隧道、码头、房屋建筑等结构物的加固，特别是在大地震维修工程及震后桥梁修复工程中都大量采用了碳纤维加固技术，并取得了显著的经济效益。
我国是在1997年以后正式开始对碳纤维复合材料加固修复上木建筑结构进行研究的，并在1998年以后开始了实际应用。如在某桥梁的加固工程中需重加固修复出现裂纹的T梁。在加固旧T梁工程中，共加固20m长的T梁130片，实际粘贴碳纤维240m2，共用15d完成全部加固施工，其他加固修复方法都无法在这么短的时间内完成的。T梁加固完成后，桥面开始施工，T梁受力，半年后观察加固节点，碳纤维布与T梁表面粘贴完好，无空鼓，无裂纹，取得了较满意的效果。
4.碳纤维复合材料的发展前景
碳纤维复合材料材料用于桥梁工程中也是国际土木工程界的一个热点，由于其优异的材料及使用性能，其应用范围与应用量正以惊人的速度在增长。碳纤维复合材料在我国处于科研及实用初级阶段，大规模使用还存在许多问题，如价格太高、强度不高、缺少设计规范及施工规程还很不完善等，为充分发展碳纤维复合材料在我国桥梁工程中的作用，应做好以下几个方面的工作：
4.1加快国产碳纤维复合材料大过摸生产的步伐并降低造价，提高国产碳纤维复合材料质量的稳定性，实现产品国产化。我国目前应用的粘贴树脂已实现了国产化，而碳纤维复合材料材料却依赖进口。扩大生产规模是降低成本的有效途径之一。国外一条碳纤维生产线的年生产能力均在200t以上，而我国至今还没有一条百吨级碳纤维生产线。
4.2尽快制定便于材料品质管理及品质保证的标准化试验方法，并尽快制定完善的设计与施工规范。标准化工作是一项新技术，是新材料得以健康、快速发展的基础，它不仅仅是指碳纤维复合材料材料的技术标准，而是包括材料生产、使用、检验、加固设计、计算、工程施工与验收等一系列标准化工作。否则，该项技术会有在商业利益驱动下遭夭折的危险。在这个问题上，今后几年内，国内将有更多的学校及研究单位加入到碳纤维复合材料材料研究开发中来，从而使我国在该项技术领域得到更快速的发展。
4.3加强与国际间的学术交流和技术合作。尽量避免在研究上的低水平生产与应用上的重复研究，共同促进该项技术的应用研究及发展，成立行业性或学术性组织。只有这样，才能促进该项技术的健康、快速发展。
5.结语
总之，在当代新型桥梁工程的施工中，采用碳纤维复合材料作为结构施工的重要材料是我国桥梁建设水平的一大提升，碳纤维复合材料的应用极大的提高了桥梁的强度、抗拉能力和抗腐蚀性能力，缩短了桥梁施工的时间，简化了施工技术工艺，提高了施工效率，因而碳纤维复合材料是一个值得大力推广应用的新型桥梁工程建设材料。
【参考文献】
篇6
关键词：高性能纤维；复合材料；聚丙烯腈基碳纤维；中间相沥青基碳纤维；碳纤维复合材料；芳酰胺纤维；超高分子量聚乙烯
中图分类号：TB332 文献标志码：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
当前世界高性能纤维与复合材料领域已形成美、日、欧盟、中和俄的五极格局。其中，美国保持在主要高性能纤维与复合材料高端领域的强势，支撑其在航空航天和军工领域的独特优势；日本的高性能纤维产业化品种最全、质量上乘，近年来先进复合材料发展迅猛，形成后起之秀；欧盟有几种高性能纤维如聚酰胺酰亚胺（Kermel）、酮酐类聚酰亚胺（P84）纤维等都是独有的，大丝束碳纤维和超高相对分子质量聚乙烯纤维（Dyneema）处于领先水平，产业用先进复合材料保持优势，特别是在飞机、风电、汽车和军工领域。
我国近年来在中央和各级政府的大力推动下，高性能纤维与复合材料产业发展很快，研发和产业化品种较全，少数品种如超高分子量聚乙烯、玄武岩及聚酰亚胺纤维已具有国际竞争力，复合材料设备先进，推动了诸多产业、航空航天和军工的快速发展；俄罗斯的高性能纤维和复合材料基础研究扎实，拥有几种独有的世界领先的高强高模纤维，如SVM、ARMOS、RUSAR、Artec等芳杂环类有机纤维和数种耐高温纤维，但产业化水平较低。
除此之外，近年来新型发展国家开始重视主要高性能纤维及其复合材料的发展，如印度、沙特、伊朗开始发展碳纤维，巴西的区间飞机产业相当发达。
1 聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）及复合材料（CFRP）
1.1 发展近况
1.1.1 美国
美国Hexcel（赫氏）公司在先进复合材料（ACM）产业的领先地位，表现为：拥有从PAN原丝、碳纤维、织物、预浸料、树脂体系、粘合剂、复合材料直到航空航天、国防和工业领域如风电叶片等复合材料制品的全套产业链；可垂直整合相关产业的供应商，以更好地控制成本、质量和产品供货，可为全球客户提供所需的设计方案；生产供上述应用领域所需的碳纤维、对位芳酰胺纤维、玻纤及其混杂织物和非织造布等。
Hexcel拥有10种牌号的PAN-CF，其中IM10的拉伸强度和模量各为7.0 GPa和308 GPa，属世界领先之一。Hexcel的Primetex ZB碳纤维加工织物，可使丝束均匀平铺，因此可织成薄而轻的拥有均质外观的各种织物，确保有更好的力学性能和减少孔隙。共有53种碳纤维织物结构、12种航天级CF织物结构、18种商用CF织物结构、17种热处理的平织CF布、4 种防雷击CF织物、6 种CF和Kevlar等的混杂织物及 2 种特种织物。
美国Cytec公司除拥有从PAN原丝、CF、织物、预浸料及复合材料制品的完整产业链外，还拥有400 t/a的中间相沥青基碳纤维（MP-CF）及下游制品，其中Thornel K1100的MP-CF模量高达965 GPa以上，居世界领先。
美国复合材料织物（CFA）公司是专业生产碳纤维等织物的老企业，产品已应用于航空航天、建筑结构、风电叶片、船舶、汽车、体育用品和国防领域。
美国Innegra技术公司生产高性能聚烯烃纤维（强度 8 cN/dtex或667 MPa）“Innegra S”及其混杂纤维“Innegra H”，混杂对象有标准模量碳纤维、玻纤和玄武岩纤维。Innegra S与CF的质量混合比为26/74、41/59、34/66或28/72。
美国Concordia Fibers公司自1920年起便专业设计和开发各种工业纱和纤维，如碳纤维、可生物吸收纤维、陶瓷纤维等，用于生产多种工业织物，供作复合材料、滤材、动力传送带、气囊等。该公司还生产先进复合材料用的精确加捻碳纤维（图 1）、CF/PEEK混杂纤维（图 2）、CF和PPS纤维的混杂编织绳（图 3）、CF/尼龙纤维混杂纱编织的网球拍柄（图 4）及FF/PPS混杂纤维编织物制的异形管（图 5）等。
美国Cytec Engineering拥有从丙烯腈、原丝、碳纤维、织物、预浸料到复合材料制品的全套产业链，并拥有全球强度和模量最高沥青基碳纤维K1100。Cytec生产风电、海浪发电及潮汐发电用的碳纤维、织物、预浸料、薄膜粘合剂、可重复使用的软模具、真空袋组件等，包括上述叶片的CFRP结构梁和蒙皮。在船舶应用方面，Cytec可提供CF与酚醛、氰酸酯、双马来酰亚胺和乙烯酯的预浸料，阻燃复合材料等产品。在汽车用途方面，Cytec可提供轻量、高性能、价格合理的多种材料解决方案，耐高温、抗冲击的CFRP结构材料、车体板材和各种具体部件；在轨道交通方面，Cytec可提供制备CF预浸料所需的模具硬件用模具材料等；在国防和防弹领域，Cytec可提供防弹、防爆和结构用途的各种CF预浸料、树脂膜、结构粘合剂、真空带系列组件及天线罩和头盔。
美国Sigma MX公司专业生产多轴CF纺织品，在英国Cheshire和上海有分公司，织机由德国LIBA（利巴）引进，可生产多达 9 层织物，每层宽度达2.54 m，由克重为100 g/ m2的层材以不同方向组成（图 6）。同时生产再生CF织物，用于增强热塑性聚酯，应用于汽车、体育休闲用品和能源领域。
美国创造新复合材料工程公司（ICE）专业生产先进复合材料用编织预成型体、手工铺放/针刺预成型体、RTM和VARTM模塑组件，可制得最佳性能和最低成本的产品。其产品包括CFRP飞机结构和二次结构、翼间支柱和支架、航天和卫星结构件、各种船只设计制造、自行车部件、滑翔机结构件、汽车传动轴、悬置控制臂、结构撑壁、防碰撞结构件及座椅结构件（图 7）。
美国ATK公司专业从事航空航天和军工部件的生产，有50年的复合材料创新经验，其产品包括F-22猛禽战斗机和F-35闪电Ⅱ战斗机部件，直径 4 ～ 5 m的航天器如Delta IV、Atlas V和Ariane V等400多个各种复合材料部件的生产。此外，该公司还生产商用飞机的FRP纵梁、框架和发动机叶片壳体等（ 图 8）。
美国B/E航天复合材料公司是专业设计和制造高精度复合材料部件的厂家，其产品包括热固型预浸料的压制和气囊模塑，先进热塑性复合材料的压印、缠绕部件和结构件的加工、组装和分析表征等。
美国军队航空和导弹研发与工程中心AMRDEC是负责将政府技术、资产、试验设备等向非政府机构转移并实现商品化的机构，其业务包括专利技术的转让，与其国内合作者开展合作研究、协助小型企业开展创新研究和承担测试与工程服务等。
美国PlastiComp公司是专业从事设计、分析、CFRTP母粒制造和模塑物生产的企业，除长碳纤维（LCF）和玻纤（LGF）增强N-66、N-6、PP、PU、PEEK和TPU半透明系列树脂外，还有对位芳酰胺纤维和不锈钢丝及其混杂纤维增强热塑性树脂产品。
篇7
碳纤维离我们的日常生活越来越近,这种比头发丝细100倍的纤维状碳材料,它的密度不到钢的1/4,但抗拉强度却是钢的7～9倍,抗拉弹性也高于钢,碳纤维比铝轻、比钢硬。由于质轻,碳纤维复合材料质量大约是钢的20%,依据纤维等级和方向性,甚至可以达到类似钢材的强度。此外,碳纤维还不生锈,使用纤维材料可以大幅降低产品体重,因而可显著提高燃料效率,用其生产的飞机、汽车,可节约大量燃油。
目前,各种应用占碳纤维年需求的比例如下:体育应用大约为30%,航空应用为10%,工业应用为60%。作为材料,它们正在替代金属和混凝土来满足环境、安全和能源要求,在工业领域对碳纤维的需求量正在呈现上升趋势。有调查显示2010年全球碳纤维需求量,有望达到3.2万吨/年,这一数字与2001年相比增长78.3%。
碳纤维生产工艺较为复杂,至今全球规模企业不超过12家。其中领先的生产商有美国氰特工业公司、赫氏公司以及日本的三菱丽阳、德国SGL西格里集团、台湾省的台塑集团等少数单位掌握了碳纤维生产的核心技术,并且有规模化大生产。
航空航天历来就是碳纤维的重要应用领域。航空航天领域是世界碳纤维的传统应用市场,新型超大型客机――空中客车A380和波音787,均大量使用碳纤维或碳纤维增强塑料作为主要的结构材料。波音787中结构材料有近50%需要使用碳纤维复合材料和玻璃纤维增强塑料,包括主机翼和机身。
除了航空航天以外,随着全球风电市场的逐步壮大,风电叶片也已经成为碳纤维主要的应用领域之一。一套机组仅叶片就重18吨,如果采用碳纤维,减轻6吨的同时还增加了强度和韧性,也增加了发电功率。
碳纤维在汽车行业的需求前景也较为乐观。碳纤维复合材料传动轴、尾翼和引擎盖已经在汽车行业广泛应用。
对于有车一族来说,比经济省油更重要的便是安全,不用钢板,而用碳纤维等复合材料武装起来的电动车最高时速可以达到100公里/小时,充满一次电可以连续行驶超过百公里。比电力驱动更引人注意的是高刚度车身。比起传统的钢结构车身,碳纤维材料制成的汽车能比使用钢铁减轻了60多公斤。此外,碳纤维的材料抗冲击性相比钢铁强,特别是用碳纤维制成的方向盘,机械强度和抗冲击性相比以前分别提高了35%到20%以上。整车强度理论上也比普通材料车强上20%到30%。更绝的是,碳纤维汽车不仅能应付几乎所有的恶劣地形,通过独特的传动系统和超强抓地力轮胎的配合,还能不费吹灰之力地爬上70度的斜坡,对于普通越野车来说,这几乎是一项不可能完成的任务 。
目前,日产汽车、本田汽车和东丽公司将联手开发汽车车体用的新型碳纤维材料。合作企业还包括三菱丽阳和东洋纺织,目标是在2015年前开始量产,使车体较使用钢材者轻40%。日本政府亦支持该项计划,计划未来5年投资1850万美元,希望在全球开发环保车辆的趋势中取得领先地位。德国宝马汽车公司也宣布,公司将投资约4亿欧元以生产计划于2013年面市的全球首款以碳纤维塑料为车身材料的量产电动汽车。
篇8
复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。
随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。
从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。
另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。
树脂基复合材料的增强材料
树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。
1、玻璃纤维
目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。
2、碳纤维
碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单
一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。
3、芳纶纤维
20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。
4、超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。
5、热固性树脂基复合材料
热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过ISO9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等；在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模；在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。
热塑性树脂基复合材料
热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的，主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。
高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以PP、PA为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、GMT模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。
滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。
云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。
我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以PP、PA为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。
我国复合材料的发展潜力和热点
我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。
1、复合材料创新
复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。
2、聚丙烯腈基纤维发展
我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。
3、玻璃纤维结构调整
我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。
4、开发能源、交通用复合材料市场
一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。
5、纤维复合材料基础设施应用
国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。
6、复合材料综合处理与再生
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关键词：碳纤维；碳纤维导电混凝土；表面处理
1 引言
碳纤维在混凝土中的分散状态是碳纤维混凝土制备和应用过程中的关键问题，对其导电性能、电一力和力一电等效应具有重要的影响。国内外学者对碳纤维的分散开展了大量研究工作，美国纽约州立大学布法罗分校的D.D.L.Chung最早采用甲基纤维素（MC）作为分散剂对纤维分散进行改善。此外，她还提出对碳纤维进行表面改性的两种方法：一种是将碳纤维浸泡在强氧化剂溶液中或在臭氧中处理[1]，在其表面形成具有亲水性的含氧官能团；另一种方法是将碳纤维浸泡在硅烷偶联剂溶液中，在纤维表面形成硅烷涂层而提高亲水性。孙辉、孙明清等发现在水泥浆体中掺加羧甲基纤维素钠（CMC）和硅灰能显著改善碳纤维的分散性。王闯等[2]使用甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素钠（CMC）、羟乙基纤维素（HEC）3种常用分散剂后发现分散剂对短碳纤维的分散效果为HEC>CMC>MC。
2 常用表面处理方法
2.1 阳极氧化法
阳极氧化法，又称为电化学氧化表面处理，是以碳纤维作为电解池的阳极，石墨作为阴极，在电解水的过程中利用阳极生产的“氧”，氧化碳纤维表面的碳及其含氧官能团，将其先氧化成羟基，之后逐步氧化成酮基、羧基和二氧化碳的过程。
阳极氧化法对碳纤维的处理效果不仅与电解质的种类密切相关，并且增加电流密度与延长氧化时间是等效的。该表面处理方法可以通过改变反应温度、电解质浓度、处理时间和电流密度等条件进行控制。
通过此方法处理后，使碳纤维表面引入各种功能基团而改善纤维的浸润和黏接等特性，显著增加碳纤维增强复合材料的力学性能。庄毅等[3]采用碳酸氢铵为电解质，对PAN基碳纤维进行阳极氧化处理后，测试发现复合材料的层间剪切断裂转变为张力断裂，使其ILSS提高了49%。
阳极氧化法的特点是氧化反应缓和，易于控制，处理效果显著，可对氧化程度进行精确
控制，目前已得到广泛应用，是目前最具有实用价值的方法之一。 但是处理后残留电解质的洗净和干燥十分繁琐，需要连续的电化学处理设备，对处理后的碳纤维进行充分的水洗、烘干，会增加处理成本。
2.2 液相氧化法
液相氧化法是采用液相介质对碳纤维表面进行氧化的方法。常用的液相介质有浓硝酸、混合酸和强氧化剂等，其中硝酸是液相氧化中研究较多的。杜慧玲等[4]用65%的浓硝酸在煮沸8h情况下，处理PAN基碳纤维，制得的C/PAL复合材料的弯曲强度提高12.9%，横向剪切强度提高63.4%，平面剪切强度提高15.6%，并通过X-射线电子能谱分析，发现复合材料界面黏结性能得到改善的根本原因是在界面区域发生了酯化反应。
液相氧化法相对较为温和，一般不使纤维产生过多的起坑和裂解。但是其处理时间较长，与碳纤维生产线匹配难，多用于间歇表面处理。
2.3 气相氧化法
气相氧化法是将碳纤维暴露在氧化性气体（如空气、氧气和臭氧等）中，在一定温度和催化剂等特殊条件下使其表面氧化成如羟基和羧基等一些活性基团。氧化处理后，碳纤维表面积增大，官能团增多，可以提高复合材料界面的黏接强度和材料的力学性能。
冀克俭等[5]采用臭氧氧化法对碳纤维进行了表面处理，发现碳纤维表面羟基或醚基官能团的含量提高，其与环氧树脂制成复合材料后的ILSS提高35%。王玉果等[6]对碳纤维在400℃空气氧化处理1 h和450℃处理1 h后制成三维编织碳纤维/环氧复合材料，研究发现其力学性能（冲击强度除外）随处理温度的升高而增加。近年来，利用惰性气体氧化法进行表面处理，也得到了研究人员的关注。
此方法的优点是可以方便在线配套使用。但是氧化的均匀性有待商榷，氧化条件稍有改变就会造成氧化过度，从而对碳纤维的强度造成极大的损伤。
2.4 等离子体氧化法
等离子体是具有足够数量，而且电荷数近似相等的正负带电粒子的物质聚集态。用等离子体氧化法对纤维表面进行改性处理，通常指利用非聚合性气体（可以是活性气体，也可是惰性气体）对材料表面进行物理和化学作用的过程。
等离子体表面处理时，电场中产生的大量等离子体及其高能的自由电子撞击碳纤维表面晶角、晶边等缺陷处，促使纤维表层产生活性基团，在空气中氧化后生产羰基、羧基等基团。
华东理工大学贾玲等[7]将碳纤维预浸芳基乙炔进行空气等离子处理，使芳基乙炔接枝在碳纤维上，结果表明：经过等离子处理后的碳纤维/芳基乙炔复合材料的ILSS最大可提高12.4MPa，而碳布接枝了丙烯酸单体以后，ILSS最大提高到51.27MPa。
此表面处理方法可在低温下进行，避免高温对纤维的损伤；处理时间短，经改性的表面厚度薄，可做到使材料表面性质发生较大的变化，而本体的性质基本保持不变。且经等离子体处理的纤维干燥、干净，免去了后续处理工艺。但是等离子体的生产需要一定的真空环境，设备复杂，因此，给连续、稳定和长时间处理带来一定的困难。
2.5 表面涂层改性法
将某种聚合物涂覆在碳纤维表面，改变复合材料界面层的结构与性能，使界面极性等相适应以提高界面黏结强度，并提供一个可塑界面层，以消除界面内应力。用热塑性PPQ作为涂覆剂，涂层处理碳纤维表面增强环氧树脂，使CFRP的层间剪切强度由64.4MPa提高到78.9MPa。
2.6 气液双效氧化法
气液双效氧化法是指先用液相涂层，后用气相氧化，使碳纤维的自身抗拉强度及其复合材料的层间剪切强度均得到提高。贺福等[8]用此方法对碳纤维表面进行了处理，羰基的质量分数由13.6%提高到16.0%，层间剪切强度由70.0MPa提高到96.6MPa，拉伸强度的提高幅度为6%～19%。
该方法兼具液相补强和气相氧化的作用，是新一代的碳纤维表面处理方法。但存在于气相氧化法相同的缺点，即反应激烈，反应条件难以控制。
3 结语
碳纤维的各种表面处理方法各有特点，有一部分方法还只停留在实验室阶段，如气相沉积法和等离子法等。但是复合表面处理法可适当调和几种表面处理方法的优缺点，必将成为今后碳纤维表面处理的主要研究方向。随着社会的发展，未来对碳纤维导电混凝土的需求必然增加，同时对混凝土的整体性能提出更高的要求。通过改善增强纤维的表面性能，提高纤维在水泥基体内的分散程度，以降低混凝土的导电性能，必然会得到更高的重视。
参考文献
[1]Fu X L，Lu w M，Chung D D L.[J].Cement and ConcreteResearch，1996，26（10）：1485―1488.
[2]王闯，李克智，李贺军.[J].精细化工，2007，1：1-4.
[3]庄毅，梁节英，刘杰.PAN基碳纤维阳极电解氧化表面处理的研究[J].合成纤维工业，2003，26（3）：5-8.
[4]杜慧玲，齐锦刚，庞洪涛，等.表面处理对碳纤维增强聚乳酸材料界面性能的影响[J].材料保护，2003，36（2）：16 - 18.
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新材料是支撑我国战略性新兴产业的基础材料，是发展先进制造业和高技术产业的物质基础，是全球发展最快和最活跃的科学技术领域之一，其技术和产业的发展水平与规模，已成为衡量一个国家综合国力的重要标志。蒋士成院士在致辞中指出，高性能纤维与复合材料是战略物资，如果能广泛推广在民用领域的应用，将减少交通工具能耗和二氧化碳的排放，提升制造业的科技水平和竞争力，对“中国制造2025”计划具有重要的意义。
端小平在会上指出，中国化纤行业用不到10年的时间缩短了与发达国家30年的差距，各种高性能品种齐步发展，部分品种质量达到国际中等以上水平。未来，中国的高性能纤维发展将注重在汽车、耐高温过滤材料和航空航天等国防军工领域的应用，重视低成本生产高品质产品和回收再利用技术的研发，加快制定化纤全产业链的标准。
正如东华大学余木火教授所讲，轻质高强材料是“中国制造2025”的核心竞争力之一。面对国外的成熟市场，中国更需要重点培育具有战略意义和中国特色的大市场，与优势产业共同发展。例如中国的汽车产业、大型飞机和高铁的轻量化设计。通过建立设计-材料-制造-评价一体化的研发能力，为整个产业链提供技术支撑。并解决汽车轻量化复合材料需要解决的工程技术问题，即设计与评价能力、低成本自动化量产技术和回收与循环利用技术。
在学术报告环节，来自交通、航天领域的企业嘉宾针对高性能纤维及复合材料的应用现状及未来发展趋势展开深入分析。其中，江苏奥新新能源汽车有限公司总经理史践向与会代表展示了公司在研发轻量化碳纤维复合材料电动汽车的各阶段成果。并表示，奥新电动车的创新核心思想是轻量化，其创新技术主要体现在新电动底盘、新材料应用、新生产工艺、高比能量电池和智能化、网络化车载技术应用。
上海飞机制造有限公司副总工程师刘卫平表示，复合材料在商用飞机上大量应用已是一种趋势，我国商用飞机将大量使用复合材料，带动我国碳纤维及其复合材料在高端应用领域的快速发展。
中国南车株洲时代新材料科技股份有限公司副总工程师姜其斌指出，未来在交通领域，高性能轻量化复合材料将成为重点发展方向。并重点讲解了反应尼龙材料、芳纶蜂窝复合材料、阻燃轻质板材、长玻璃纤维增强热塑性复合材料（LFT）等几种典型高性能轻量化复合材料的工程化研究应用。
在碳纤维、芳纶及复合材料在汽车轻量化应用交流分论坛上，来自吉林硅谷碳纤维、江苏恒神、河北硅谷化工、中复神鹰、泰和新材料、广州汽车集团等企业的专家从低成本碳纤维生产、碳纤维市场分析及企业的对策、碳纤维复合材料在汽车轻量化方面的应用及推广的策略、基于轻量化材料的电动汽车结构设计与创新等内容进行深入探讨。
其中，江苏恒神股份有限公司技术顾问沈真基于市场需求分析，认为航空和工业碳纤维需求决定企业必须具备单条千吨线生产能力才能满足制造商的批量生产要求、实现质量稳定性和降低成本，并且碳纤维复合材料制品研发的特殊性决定企业必须具备从纤维、上浆剂、树脂直至产品开发和设计制造服务的全产业链发展模式。
在功能性纤维开发与应用科技论坛上，来自化纤生产企业、石油化工企业和高等院校等一线科研人员和专家，分别对高模低缩涤纶工业丝、保暖聚酯纤维、氨纶、丙纶等纤维功能性开发及其应用进行了学术交流。
搭建化纤产业创新升级和跨界融合的合作平台
7月16日，2015中国纺织工程学会化纤专业委员会学术年会在萧山同地召开。年会以“创新驱动、跨界融合、绿色转型和智能发展”为主题，举办“高性能纤维及复合材料科技论坛”和“生物基化学纤维及原料科技论坛”，同时揭晓了“中国化学纤维工业协会・恒逸基金”获奖优秀学术论文，并举办获奖论文专题报告。
作为全球化纤界唯一的学术技术奖，“中国化学纤维工业协会・恒逸基金”优秀学术论文奖自2013年设立以来，累计收集论文637篇，已评出一等奖 2 名，二等奖25名，三等奖47名，优秀奖143名。“超高分子量PPTA树脂及其高模量芳纶纤维的结构与性能”、“干法纺丝制备聚酰亚胺纤维及其结构与性能”、“低成本碳纤维制备新技术 ―― 增塑熔融纺丝法制备PAN纤维及其结构性能研究”、“轶纶？聚酰亚胺纤维的性能及在滤料中的应用”、“聚乳酸生物质纤维的研发、产业化及发展建议”等几十项化纤前沿新技术、创新成果得到业内高度关注并在行业推广，为化纤行业科技实力提供了战略支撑，推动了行业的科技进步。
在高性能纤维及复合材料科技论坛上，各位专家学者主要围绕国产碳纤维炭化装备的发展现状与趋势、连续玄武岩纤维产业发展规划、耐高温吸波碳化硅纤维的设计合成与性能、电纺纳米丝球结构聚醚砜的研制及其低阻过滤性能等研究方向进行深入交流。