導語：如何才能寫好一篇碳纖維，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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碳纖維離我們的日常生活越來越近,這種比頭發(fā)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(zhì)輕,碳纖維復合材料質(zhì)量大約是鋼的20%,依據(jù)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(chǎn)品體重,因而可顯著提高燃料效率,用其生產(chǎn)的飛機、汽車,可節(jié)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(yè)應用為60%。作為材料,它們正在替代金屬和混凝土來滿足環(huán)境、安全和能源要求,在工業(yè)領域?qū)μ祭w維的需求量正在呈現(xiàn)上升趨勢。有調(diào)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(shù)字與2001年相比增長78.3%。

碳纖維生產(chǎn)工藝較為復雜,至今全球規(guī)模企業(yè)不超過12家。其中領先的生產(chǎn)商有美國氰特工業(yè)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(shù)單位掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù),并且有規(guī)?；笊a(chǎn)。

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(tǒng)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(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(jīng)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(fā)電功率。

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

對于有車一族來說,比經(jīng)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(xù)行駛超過百公里。比電力驅(qū)動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,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(tǒng)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(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)還包括三菱麗陽和東洋紡織,目標是在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計劃,計劃未來5年投資1850萬美元,希望在全球開發(fā)環(huán)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(chǎn)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(chǎn)電動汽車。

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關鍵詞：橋梁工程；碳纖維的加固；加固方法

中圖分類號：K928.78文獻標識碼：A

1.引言

采用碳纖維加固材料修復補強混凝土結(jié)構(gòu)，是近來發(fā)展的新型工法，利用碳纖維材料卓越的抗拉強度到達的增強構(gòu)件承載能力及剛度的目的。碳纖維加固法可用于橋梁混凝土結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪加固，同時廣泛用于各類工業(yè)與民用建筑物、構(gòu)造物的防震、防裂、防腐的補強。

2．碳纖維的加固原理

碳纖維在橋梁工程使用廣泛，其加固的基本原理是將抗拉強度極高的碳纖維用環(huán)氧樹脂預浸成為復合增強材料；用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補強的結(jié)構(gòu)上，形成一個新的復合體，使增強粘貼材料與原有鋼筋混凝同受力，增大結(jié)構(gòu)的抗裂或抗剪能力，以提高結(jié)構(gòu)的強度、剛度、抗裂性和延長性。

3．碳纖維加固的特點

碳纖維材質(zhì)自重輕，施工方便快捷，不增加結(jié)構(gòu)荷載；強度高，能靈活地用于抗彎、封閉箍和抗剪加固；柔韌性好，不受結(jié)構(gòu)外形限制；耐久性佳，抗化學腐蝕和惡劣環(huán)境氣候變化的能力強；同時抗高溫、抗蠕變、抗磨蝕、抗震性能好；在混凝土構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)均廣泛采用。

4．碳纖維復合材料

4.1碳纖維復合材料

碳纖維復合材料通常由纖維和基體組成。其力學特點是應力應變量完全線彈性，不存在屈服點或塑性區(qū)。由于碳纖維材料具有高強、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異物理力學性能，以及現(xiàn)場施工便捷，所以是舊橋加固補強的理想材料。碳纖維布的抗拉強度一般為3550MPa，彈性模量為2.35×105MPa，根據(jù)碳纖維布的品質(zhì)不同，其厚度為0. 11~ 0. 43mm，幅寬為20~100cm，卷材長度為50~100m。

4.2粘結(jié)材料

粘結(jié)材料是指能將連續(xù)纖維狀的碳纖維結(jié)合在一起，同時又與混凝土表面粘合的系列材料。它是保證碳纖維布與混凝同工作的關鍵，應有足夠的剛度與強度來保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時應有足夠的韌性，不會因混凝土開裂導致脆性粘結(jié)破壞。此外，由于舊橋加固均在野外，所以粘結(jié)材料還應能在一般氣候條件下固化，固化時間合適(一般保證有3h左右)，對組分含量不敏感，具有適宜的流動性和粘度，固化收縮率小。粘結(jié)材料主要包括三類材料：底層涂料、整平材料和浸漬樹脂。

5．加固受力特點分析

（1）碳纖維布有單向碳纖維布、單向碳纖維交織布、雙向碳纖維交織布及單向碳纖維層壓材料等多種，可根據(jù)需加固結(jié)構(gòu)的不同的部位和受力特性與方向等，選擇相應的碳纖維布進行加固。

（2）將抗拉性能優(yōu)良的碳纖維布用粘結(jié)材料粘貼到梁體底面或箱梁內(nèi)壁上，使其與原結(jié)構(gòu)布置的鋼筋一道共同承受拉力，以提高舊橋的承載能力。與其他加固方法相比，碳纖維布保證在設計荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力，其改變原有結(jié)構(gòu)的應力分布程度最小。

（3）沿橋梁的主拉應力方向或與裂縫垂直方向粘貼碳纖維布，兩端分別設置錨固端，可約束混凝土表面裂縫，防止裂縫擴大，提高構(gòu)件抗彎剛度、減少構(gòu)件撓度、改善梁體受力狀態(tài)。

（4）應根據(jù)實際情況合理使用碳纖維布加固鋼筋混凝土梁式橋，因碳纖維布在加固混凝土構(gòu)件時，在提高受彎承載力的同時還影響受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)。當碳纖維布用量過多時，構(gòu)件的破壞形態(tài)由碳纖維被拉斷引起的破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛炷帘煌蝗粔核槠茐?。還因碳纖維為完全彈性材料，它與鋼筋共同工作會減弱鋼筋塑性性能，碳纖維布用量過多，構(gòu)件延性將有所降低。

（5）碳纖維布加固后橋梁結(jié)構(gòu)破壞形式變?yōu)榇嘈云茐?，其承載力極限狀態(tài)應按碳纖維抗拉強度的2 /3進行抗彎承載力計算，不能按普通鋼筋混凝土考慮。

（6）碳纖維布可提高混凝土梁抗剪承載力，其作用機理類似箍筋，同時還能明顯改善構(gòu)件的變形性能，增強構(gòu)件的變形能力。

參考文獻：

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關鍵詞：碳纖維；加固；粘貼；橋梁結(jié)構(gòu)；補強技術(shù)

中圖分類號：TQ342+.742 文獻標識碼：A

自上世紀七十年代末初期，歐洲進行纖維增強復合材料（FRP）在土木工程應用研究以來，具有極好的比強度和比剛度、優(yōu)秀耐腐蝕性的纖維增強復合材料已廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)的粘貼加固工程，形成了纖維增強復合材料補強加固已有混凝土橋梁的新技術(shù)，其中碳纖維增強復合材料（CFRP）應用更多?；炷翗蛄航Y(jié)構(gòu)的粘貼碳纖維板技術(shù)在加固中具有不中斷交通，且工期短，人工少的優(yōu)點。所以擴展該項技術(shù)開展了配有大偏心CFRP體外束預應力混凝土連續(xù)梁橋體系應用研究，是本世紀新型橋梁建設方向之一。

1 碳纖維材料的基本特性

碳纖維增強復合材料補強加固所采用的基本材料是高強度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，用環(huán)氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經(jīng)樹脂浸漬固化的碳纖維布，統(tǒng)稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件需補強加固部位表面，樹脂固化后與原構(gòu)件形成新的受力復合體，共同工作。

1.1 碳纖維片材

片材碳纖維材料的拉伸強度在（2400～3400）MPa之間，與普通碳素鋼板拉伸強度為240MPa相比，片材的拉伸強度很高。

片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學性能不同，碳纖維片材依力學性能分成高模量、高強度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高，但其伸長率較低。

相比之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，說明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，本身不會受酸堿鹽及各類化學介質(zhì)的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。

1.2 配套樹脂類粘結(jié)材料

混凝土結(jié)構(gòu)加固修補配套樹脂系統(tǒng)包括底層涂料，用于滲透過混凝土表面，促進粘結(jié)并形成長期持久界面的基礎；油灰，用于填充整個表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材；浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂，前者用于碳纖維布粘貼，后者用于碳纖維板粘貼。

浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構(gòu)件表面并與之緊密地結(jié)合在一起形成整體共同工作的關鍵，因此，樹脂同混凝土的粘貼強度大于混凝土的拉伸強度和剪切強度。

就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術(shù)而言，環(huán)氧樹脂在不同施工環(huán)境溫度下固化性能有十分重要的意義，因為這涉及到粘貼工作質(zhì)量與如何盡量減少橋上正常交通中斷時間緊密相關。采用專配的環(huán)氧樹脂材料，在混凝土施工表面溫度（10～40）攝氏度時，粘貼環(huán)氧樹脂固化時間約15小時以上，但粘貼后就可以使用的時間為45分鐘以上，專配的環(huán)氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土橋梁的加固工作。

2 碳纖維加固補強的施工工藝

2.1 根據(jù)設計確定粘貼碳纖維的范圍進行基底處理

2.1.1 將砼構(gòu)件表面的殘缺、破損及碳化層部分清除干凈，達到結(jié)構(gòu)密實部位。檢查外露鋼筋是否有銹蝕，并進行必要的處理。對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分進行修補復原。

2.1.2 裂縫修補?？p寬小于0.2mm的裂縫，用環(huán)氧樹脂進行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。

2.1.3 將構(gòu)件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修復后的段差盡量平順。用磨光機把棱角磨成半徑大于30mm的圓角。

2.1.4 清洗打磨過的構(gòu)件表面，并使其充分干燥。

2.2 底層涂刷（底層涂料具有較強的滲透性，可滲入砼表面內(nèi)）

2.2.1 把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準確后放人容器內(nèi)，用攪拌器拌均勻，一次調(diào)和量應在可使用時間內(nèi)用完為準。

2.2.2 用滾筒刷均勻的涂刷底層涂料。

2.2.3 底層涂料固化后，表面有凸起部分時要用砂紙磨光。

2.2.4 注意在氣溫小于5C，相對濕度大于85，砼表面含水率在8以上，有結(jié)露可能而無可靠保證措施時，均不得施工。

2.3 環(huán)氧膩子對構(gòu)件表面殘缺的修補

2.3.1 構(gòu)件表面凹陷部位應用環(huán)氧膩子填平，修復至表面平整。

2.3.2 內(nèi)角（段差、起拱等）要用環(huán)氧膩子填補使之平順。

2.4 貼碳纖維片。

2.4.1 為了防止碳纖維受損，在碳纖維片運輸、儲存、裁切和粘貼過程中，嚴禁受彎折。貼片前應用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷纖維片，每段長度一般不超過6rn。

2.4.2 碳纖維接頭必須搭接10cm以上，橫向不需搭接。

2.4.3 按規(guī)定比例摻配樹脂主劑和固化劑，用滾筒刷均勻地涂刷黏結(jié)樹脂，稱為下涂。

2.4.4 貼片時，在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣，可用羅拉沿著纖維方向在碳纖維片上對此滾壓，使樹脂滲入碳纖維中。

2.5 養(yǎng)護

粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護24h達到初期固化，并保證固化期間不受干擾。

2.6 涂裝

根據(jù)需要可在樹脂固化后加固補強構(gòu)件表面，涂刷耐火涂層和色彩。

3 碳纖維（片材）加固處理要點

在進行結(jié)構(gòu)加固處理前，先對梁板采取有效地卸載和支頂措施，然后按以下施工工序進行加固施工。

3.1 破損面混凝土表面處理：清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層。

3.2 按設計要求對破損面鋼筋處理后用M45的環(huán)氧樹脂砂漿進行灌縫或封閉處理，并保證鋼筋保護層厚度不小于15mm，利用打磨機將其表面打磨平整，并用鋼刷將其表面的粉塵、油污等不潔物清除干凈，使構(gòu)件加固表面平整、干燥無粉塵。另外，如碳纖維需沿基纖維方向繞構(gòu)件轉(zhuǎn)角處粘貼時，轉(zhuǎn)角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應小于20mm。

3.3 涂刷底層樹脂：用專用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，待樹脂表面指觸干燥時即進行下一道工序施工。

3.4 找平處理：表面凹陷部位用找平材料填補平整，且不應有菱角。

3.5 粘貼碳纖維片材：將配制好的浸漬樹脂均勻涂抹于所要粘貼的部位，并用橡膠滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布，滾壓時不得損傷碳纖維布。多層粘貼重復上述步驟，待纖維表面接觸干燥時即可進行下一層的粘貼。如超過60min，則應等12h后，再行涂刷粘結(jié)劑粘貼下一層。

3.6 在最后一層的碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。

4 對碳纖維加固補強技術(shù)的展望

碳纖維用于砼結(jié)構(gòu)的修復補強雖然時間不長，但發(fā)展很快，其主要原因在于碳纖維片加固存在較多優(yōu)點：

4.1 施工簡便迅速，無需模板、夾具、支撐等。

4.2 不增加結(jié)構(gòu)重量，碳纖維片重量200g/m～300g/m，設計厚度0.111mm～0.167mm，加上環(huán)氧樹脂的重量也很輕，對結(jié)構(gòu)自重影響可忽略不計。

4.3 能適應各種結(jié)構(gòu)外形的補強。

4.4 可以多層粘貼?？筛鶕?jù)設計要求，在一個部位重疊粘貼。

隨著我國高等級公路的迅速發(fā)展，高速公路橋梁通車里程也在不斷增長，橋梁由于各種原因造成承載力降低、混凝土強度降低或需要提高抗震能力和修補橋梁裂縫，都可以應用碳纖維布補強技術(shù)。

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論文摘要：碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，分子結(jié)構(gòu)界于石墨和金剛石之間，含碳體積分數(shù)隨品種而異，一般在0.9以上。

一、碳纖維的性能

1.1分類

根據(jù)原絲類型分類可分為聚丙烯腈（PAN）基、瀝青基和粘膠基3種碳纖維，將原絲纖維加熱至高溫后除雜獲得。目前，PAN碳纖維市場用量最大；按力學性能可分為高模量、超高模量、高強度和超高強度4種碳纖維；按用途可分為宇航級小絲束碳纖維和工業(yè)級大絲束碳纖維，其中小絲束初期以1K、3K、6K（1K為1000根長絲）為主，逐漸發(fā)展為12K和24K，大絲束為48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。

1.2性能

碳纖維的主要性能：(1)密度小、質(zhì)量輕，密度為1.5～2克/立方厘米，相當于鋼密度的l/4、鋁合金密度的1/2；(2)強度、彈性模量高，其強度比鋼大4-5倍，彈性回復l00%；(3)具有各向異性，熱膨脹系數(shù)小，導熱率隨溫度升高而下降，耐驟冷、急熱，即使從幾千度的高溫突然降到常溫也不會炸裂；(4)導電性好，25。C時高模量纖維為775μΩ/cm，高強度纖維為1500μΩ/cm；(5)耐高溫和低溫性好，在3000。C非氧化氣氛下不融化、不軟化，在液氮溫度下依舊很柔軟，也不脆化；(6)耐酸性好，對酸呈惰性，能耐濃鹽酸、磷酸、硫酸等侵蝕。此外，還有耐油、抗輻射、抗放射、吸收有毒氣體和使中子減速等特性。

通常，碳纖維不單獨使用，而與塑料、橡膠、金屬、水泥、陶瓷等制成高性能的復合材料，該復合材料也具有輕質(zhì)、高強、耐高溫、耐疲勞、抗腐蝕、導熱、導電等優(yōu)良性質(zhì)，已在現(xiàn)代工業(yè)領域得到了廣泛應用。

1.3應用領域

由于碳纖維具有高強、高模、耐高溫、耐疲勞、導電、導熱等特性，因此被廣泛應用于土木建筑、航空航天、汽車、體育休閑用品、能源以及醫(yī)療衛(wèi)生等領域。此外，碳纖維在電子通信、石油開采、基礎設施等領域也有著廣泛的應用，主要用于放電屏蔽材料、防靜電材料、分離鈾的離心機材料、電池的電極，在生化防護、除臭氧、食品等領域種也有出色的表現(xiàn)。

二、生產(chǎn)工藝

通常用有機物的炭化來制取碳纖維，即聚合預氧化、炭化原料單體—原絲—預氧化絲—碳纖維。碳纖維的品質(zhì)取決于原絲，其生產(chǎn)工藝決定了碳纖維的優(yōu)劣。以聚丙烯腈(PAN)纖維為原料，干噴濕紡和射頻法新工藝正逐步取代傳統(tǒng)的碳纖維制備方法(干法和濕法紡絲)。

2.1干噴濕紡法

干噴濕紡法即干濕法，是指紡絲液經(jīng)噴絲孔噴出后，先經(jīng)過空氣層(亦叫干段)，再進入凝固浴進行雙擴散、相分離和形成絲條的方法。經(jīng)過空氣層發(fā)生的物理變化有利于形成細特化、致密化和均質(zhì)化的絲條，紡出的纖維體密度較高，表面平滑無溝槽，且可實現(xiàn)高速紡絲，用于生產(chǎn)高性能、高質(zhì)量的碳纖維原絲。

干噴濕紡裝置常為立式噴絲機，從噴絲板噴出的紡絲液細流經(jīng)空氣段(干段)后進入凝固浴，完成干噴濕紡過程；再經(jīng)導向輥、離浴輥引出的絲條經(jīng)后處理得到PAN纖維。

離開噴絲板后的紡絲液細流先經(jīng)過空氣層(干段)再進入凝固浴，干段很短，但對凝固相分離和成纖結(jié)構(gòu)有著重大影響，在空氣層，擠出的紡絲液細流中的溶劑急速蒸發(fā)，表面形成了薄薄致密層，細流進入凝固浴后可抑制雙擴散速度；由于在噴絲板出口處產(chǎn)生膨脹效應，靠細流自身的重力以及牽伸力向下流動，然后經(jīng)干噴濕紡的正牽伸可使脹大部分被牽伸變細后進入凝固浴；凝固浴采用低溶劑質(zhì)量分數(shù)配比和低溫凝固，低溶劑質(zhì)量分數(shù)配比可加大溶劑與細流之間的質(zhì)量分數(shù)差，加速擴散；低溫可抑制擴散速度，利于沉淀結(jié)構(gòu)致密化、均質(zhì)化，最終紡出的原絲和所制碳纖維表面較平滑而無溝槽。

與純濕紡相比，干噴濕紡可紡出較高密度且無明顯皮芯結(jié)構(gòu)的原絲，大幅提高了纖維的抗拉強度，可生產(chǎn)細特化和均質(zhì)化的高性能碳纖維。

2.2射頻法

PAN原絲經(jīng)過預氧化(200～350。C，射頻負壓軟等離子法)、碳化(800～1200。C，微波加熱法)到石墨化(2400～2600。C，射頻加熱法)，主要受到牽伸狀態(tài)下的溫度控制。在這一形成過程中達到纖維定型、碳元素富集，分子結(jié)構(gòu)從聚丙烯腈高分子結(jié)構(gòu)—亂層的石墨結(jié)構(gòu)—三維有序的石墨結(jié)構(gòu)。

國內(nèi)有自主知識產(chǎn)權(quán)的“射頻法碳纖維石墨化生產(chǎn)工藝”開辟了碳纖維生產(chǎn)的創(chuàng)新之路，它采用射頻負壓軟等離子法預氧化PAN原絲，接著用微波加熱法碳化，最后用射頻加熱法石墨化形成小絲束碳纖維。

三、碳纖維的發(fā)展

3.1國外發(fā)展

以PAN碳纖維為例，該纖維國際上研發(fā)已有30年左右，目前世界碳纖維的生產(chǎn)能力在3.4～3.8萬噸左右，主要集中在日本、英國、美國、法國、韓國等少數(shù)發(fā)達國家和我國臺灣省。日本三家以腈綸纖維為主要產(chǎn)品的公司（東麗、東邦以及三菱人造絲公司）依靠其先進的紡絲科學技術(shù)，形成了高性能原絲生產(chǎn)的優(yōu)勢，大量生產(chǎn)高性能碳纖維，使日本成為碳纖維大國，無論質(zhì)量還是數(shù)量上都處于世界前三位，三大集團占據(jù)了世界75%以上的產(chǎn)量。

3.2國內(nèi)發(fā)展

我國聚丙烯腈基碳纖維的研究開發(fā)始于20世紀60年代，當時由于碳纖維作為重要的軍工產(chǎn)品，國外對我國進行嚴格技術(shù)封鎖，使得當時我國聚丙烯腈基碳纖維基本上以自主研究開發(fā)為主。1976年中科院山西煤化所建成第一條聚丙烯腈基碳纖維中試生產(chǎn)線，生產(chǎn)出高強I型碳纖維，其產(chǎn)品性能基本達到日本東麗公司的T200。繼而從“六五”開始試制高強Ⅱ型碳纖維(相當于T300)，但到目前為止產(chǎn)品性能指標仍未達到T300標準。吉林石化公司在采用硝酸一步法生產(chǎn)原絲的基礎上，研究開發(fā)出性能基本接近T300的碳纖維，但該法對環(huán)境污染較大，因而現(xiàn)已放棄。由于種種原因我國碳纖維發(fā)展緩慢，表現(xiàn)為生產(chǎn)規(guī)模小、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、產(chǎn)品規(guī)格少、品種單一、沒有高性能產(chǎn)品、技術(shù)設備落后，大多沒有形成規(guī)模效益，這些成為制約我國碳纖維發(fā)展的瓶頸。

近些年來，隨著我國整體實力的不斷提升，對碳纖維的需求量也與日俱增，而我國碳纖維現(xiàn)階段大部分依賴進口，2004年全國碳纖維用量為4000噸，國內(nèi)實際產(chǎn)量僅為1O多噸，而且無論是質(zhì)量還是規(guī)模與國外相比差距都很大。另據(jù)估測2009年我國碳纖維需求將達到7500噸，這表明我國碳纖維嚴重供不應求。盡管目前國際社會碳纖維的制造技術(shù)與產(chǎn)品對華出口有所松動，通用級碳纖維進口渠道已經(jīng)開通，但高性能碳纖維對我國依然限制。

近年來，由于我國對碳纖維需求的日益增加，聚丙烯腈基碳纖維又成為國內(nèi)新材料業(yè)研發(fā)的熱點，如上海石化公司準備采用NaSCN一步法生產(chǎn)數(shù)千噸PAN基原絲。上海星樓實業(yè)有限公司擬建立400噸/年大絲束碳纖維生產(chǎn)線，上海市合纖所采用亞砜兩步法研制和小批量生產(chǎn)PAN基原絲以及碳纖維，上海碳素廠也有小型碳化線及碳纖維下游產(chǎn)品。安徽華皖集團(原蚌埠燈芯絨集團公司)建立500噸/年PAN原絲和200噸/年碳纖維生產(chǎn)線，其PAN原絲采用亞砜一步法，技術(shù)由國外引進，產(chǎn)品以12K的T300級碳纖維為主，并準備引進成熟的預浸料生產(chǎn)線。廣西桂林市化纖總廠擬建200噸/年碳纖維生產(chǎn)線，產(chǎn)品為3-12K的小絲束碳纖維。山東天泰碳纖維有限責任公司將建立400噸/年生產(chǎn)線，碳纖維性能為T300級水平，產(chǎn)品以12K為主。青島化工學院高分子工程材料研究所(恒晨公司)將建立50噸/年左右的碳纖維生產(chǎn)線。江蘇揚州與中國科學院山西煤炭研究所也計劃合作建立高性能聚丙烯腈原絲和碳纖維的生產(chǎn)中試基地。吉林石化公司放棄了以前采用硝酸一步法生產(chǎn)原絲的技術(shù)，與北京化工大學合作承擔了國家“九五”科技攻關項目，共同研究開發(fā)二甲基亞砜法高性能聚丙烯腈原絲生產(chǎn)技術(shù)，并將充分依靠自己的技術(shù)建立500噸/年原絲和200噸/年碳纖維生產(chǎn)線。蘭化集團化纖廠已有100噸/年原絲生產(chǎn)線和預氧化生產(chǎn)裝置，計劃配套碳化裝置生產(chǎn)碳纖維，原絲采用NaSCN一步法，該廠的腈綸生產(chǎn)線是我國從國外最早引進的，有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗和技術(shù)積累。吉林碳素廠是我國小絲束碳纖維生產(chǎn)基地，已向用戶提供50余噸小絲束碳纖維。目前，該廠正在建立新的小絲束碳纖維生產(chǎn)線，擴大產(chǎn)量，以滿足市場需求。此外，山西榆次化纖廠是我國唯一用亞砜一步法生產(chǎn)PAN基原絲達數(shù)十年的單位，目前仍在生產(chǎn)。大連興科碳纖維有限公司已建成380噸/年生產(chǎn)線，是目前我國唯一實現(xiàn)碳纖維產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，位居大陸首位，并在世界排名第十一，據(jù)專家評價該公司實際擁有年產(chǎn)量800噸的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品各項技術(shù)指標已經(jīng)達到國外同類產(chǎn)品先進水平。

3.3存在問題和差距

一是國內(nèi)PAN碳纖維總生產(chǎn)能力較小，實際生產(chǎn)量僅30～40噸/年，遠遠不能滿足國內(nèi)的需要（約5000～6000噸），目前我國95%的碳纖維依靠進口；二是與國際先進水平相比，國產(chǎn)碳纖維強度低（僅相當于東麗公司已基本決定淘汰的T300水平），均勻性、穩(wěn)定性差（強度、模量、線密度的CV值均為國外產(chǎn)品的一倍以上），毛絲多（斷頭率為國外產(chǎn)品的6倍），品種單一且價格昂貴（為國外產(chǎn)品的1.5～3倍），發(fā)展水平總體落后發(fā)到國家近20～30年；三是廠家、裝置規(guī)模小，技術(shù)設備落后，經(jīng)濟效益差。

四、產(chǎn)業(yè)分析

4.1世界碳纖維市場

4.1.1世界碳纖維擴產(chǎn)加速

2003年以前碳纖維基本供大于求，屬于買方市場，當時工業(yè)用普通模量級12K碳纖維價格僅12美元/公斤，但到了2004年形勢突變，碳纖維一下子由買方市場變?yōu)橘u方市場，價格一路攀升，2005年翻了好幾倍，2006年更是處于有價無市的情況，這給碳纖維廠家?guī)砹穗y得的發(fā)展機遇。從2004年開始全球碳纖維廠家興起了一輪擴產(chǎn)熱潮。

日本東麗集團公司

2004年4月陸續(xù)開始了一系列擴產(chǎn)項目，見表5。

2004年4月12日宣布日本Ehime擴產(chǎn)2200噸/年，2007年1月開始運轉(zhuǎn)。

2004年4月14日宣布法國Soficar擴產(chǎn)800噸/年，2007年10月開始運轉(zhuǎn)。

2004年4月26日宣布美國CFA擴產(chǎn)1800噸/年，2006年初開始生產(chǎn)。

2008年還將分別在日本和美國各擴產(chǎn)1800噸/年。

2008年東麗公司碳纖維產(chǎn)能將達到17500噸/年，差不多是2005的兩倍。計劃到2010年，東麗公司全球碳纖維市場的占有率要從2004年的34%提高到40%。2005年東麗還和波音公司協(xié)議，今后17年內(nèi)東麗將提供29億美元的碳纖維(主要是T700)給波音公司，用于B-787的生產(chǎn)。

日本帝人東邦集團公司

東邦集團緊隨其后，從2004年8月開始進行了一系列收購和擴產(chǎn)計劃：

2004年8月31日宣布收購美國Fortfil全部3500噸/年大絲束碳纖維生產(chǎn)線，將其改造成700噸/年小絲束，1700噸/年預氧化纖維，保留1300噸/年大絲束碳纖維。2006年4月15日東邦決定在日本Mishima投資大約1億美元(10.7billionyen)，擴大碳纖維生產(chǎn)能力2700噸/年，到2008年4月完成。

2008年東邦集團碳纖維產(chǎn)能11800噸/年，其中小絲束10500噸/年。大絲束1300噸/年。總產(chǎn)能仍居世界第二，見表6。

日本三菱人造絲集團公司

日本三菱集團也加快了擴產(chǎn)步伐，從2005年到2007年，3年內(nèi)碳纖維產(chǎn)能將增加72%，接近或趕上東邦的產(chǎn)能，見表7。

2005年4月，宣布增加日本生產(chǎn)線產(chǎn)能2200噸/年；2007～2008年完成。

2005年l0月，宣布三菱和SGL結(jié)成碳纖維聯(lián)盟，三菱提供技術(shù)和原絲，在SGL蘇格蘭生產(chǎn)線生產(chǎn)碳纖維，2006年二季度開始生產(chǎn)，三菱的回報是500～700噸/年碳纖維。

2005年底計劃完成美國Grafil擴產(chǎn)500噸/年的任務。

2008年三菱集團碳纖維產(chǎn)能將達到7900～81O0噸/年。由于三菱碳纖維此前尚未取得適航認可，只能用于工業(yè)和體育休閑用品，公司努力爭取2005年取得AirbusA380認可，使其碳纖維在宇航工業(yè)得到應用。

表

此外，中國臺塑集團2005年5月24日宣布擴大碳纖維產(chǎn)能，從1850噸/年增加到2950噸/年，2006年12月完成。

美國Hexcel公司2005年11月16日宣布在西班牙馬德里附近建碳纖維廠，另外美國猶塔工廠也增加碳纖維生產(chǎn)線，產(chǎn)能增加大約50%，即從2270噸/年增加到3300噸/年，2006～2007年完成。目標很明確，針對A380、A350和B787對碳纖維的大量需求。

Zoltek公司2006年1月3日報告，希望碳纖維產(chǎn)能從2006年的4080噸/年增加到2007年8620噸/年。從2004年l2月l6日開始和世界最大的風能廠家Vistas等協(xié)議，為他們提供風電葉片用大絲束碳纖維。

美國Cytec公司準備耗資超過l0億美元建立新的碳纖維生產(chǎn)線，目前在選址和設計選擇，計劃2009年開始工作。

4.1.2碳纖維供需狀況將趨于緩和

根據(jù)表9和圖1、圖2對碳纖維產(chǎn)能和需求的預測分析可以看出，2005年全球碳纖維供小于求，按ChrisRed的預測缺口約2000噸，Toray預測缺口近3000噸，中國臺塑預測缺口也有約1000噸，這就是2005年碳纖維緊張的說明。2006年雖然碳纖維廠家紛紛擴產(chǎn)，其供應量應較需求量大，但是擴產(chǎn)部分要到2006年底或2007年初才能上市供應，且超過部分有限，仍不能滿足用戶要求。因此2006年碳纖維供應仍然緊張。2007年以后全球碳纖維產(chǎn)量將明顯增加，擴量部分陸續(xù)上市，供應量顯著超過需求量，供需矛盾得到緩解，緊張狀況將會所改變。

4.2中國碳纖維市場

（1）需求增長快。我國碳纖維現(xiàn)階段絕大部分依賴進口，2004年全國碳纖維用量為4000噸，2005年用量約5000噸，年增長率在20%以上，到2009年將達到7500噸/年，而國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)量僅約40噸左右，無論質(zhì)量和規(guī)模與國外相比差距都很大。

（2）產(chǎn)能瓶頸明顯。我國除了華皖碳纖維及少數(shù)科研院所具有完整的產(chǎn)業(yè)鏈外，絕大部分企業(yè)僅僅具有部分碳纖維及其制品的生產(chǎn)工藝。安徽華皖碳纖維有限公司目前已經(jīng)順利完成200噸碳纖維及500噸碳纖維原絲的生產(chǎn)裝置的安裝，2007年還計劃開工建設800噸碳纖維及1800噸碳纖維原絲二期項目。

（3）生產(chǎn)效益大。如果按丙烯腈1.3萬元/噸的銷售價格計算，大體可以測算出碳纖維原絲及碳纖維的生產(chǎn)成本，分別為4.4萬元/噸、18萬元/噸。一般情況下，軍工級碳纖維（3～6K）的售價在200萬元/噸左右，民用碳纖維（12K）售價為55萬元/噸，可見碳纖維的盈利空間還是非?？捎^的。

五、發(fā)展對策和措施

近年來，中國復合材料產(chǎn)業(yè)有了很大的進步，已成為碳纖維復合材料應用大國。但是我國大陸碳纖維長期依賴進口，受治于人，面對當前嚴峻的形勢，必須采取行之有效的措施。

（1）堅持自主創(chuàng)新是發(fā)展我國碳纖維的唯一出路。碳纖維是軍需戰(zhàn)略物資，是國防建設、先進武器不可或缺的關鍵材料，不可能也不應該長期依賴進口。15年前美國國防部就下決心民用碳纖維可以從國外進口，國防工業(yè)所需的碳纖維必須國內(nèi)自行生產(chǎn)。中國更不能長期從國外進口國防工業(yè)所需要的碳纖維。德國、法國雖然也生產(chǎn)碳纖維，但是碳纖維的核心原絲技術(shù)牢牢掌握在日本人手中，至今德國和法國得不到PAN原絲技術(shù)。因此中國不可能引進國外先進的碳纖維制造技術(shù)，只能自力更生，依靠自己，別無出路。

（2）堅持應用中改進提高是碳纖維發(fā)展的科學規(guī)律。

篇5

關鍵詞：碳纖維產(chǎn)品，國際貿(mào)易， 現(xiàn)狀分析

碳纖維是以碳元素為主體(碳質(zhì)量分數(shù)在90%～95%)的高分子纖維，是一種新型非金屬材料，它是利用各種有機纖維在惰性氣體中、高溫狀態(tài)下碳化而制得。根據(jù)所采用原料不同，可以分為三大類，即:聚丙烯腈基（PAN）、瀝青基和黏膠基碳纖維。其中產(chǎn)量最大、用途最廣泛的是PAN基碳纖維。

與碳纖維是一種力學性能優(yōu)異的新型材料，與傳統(tǒng)高性能材料相比，它具有最高的比強度（是一般金屬的3-5倍）和最高的比模量，特別是較高的熱穩(wěn)定性（空氣中400C緩慢氧化和在2000C以上的高溫惰性環(huán)境中，碳材料是唯一強度不下降的物質(zhì)，是其他主要結(jié)構(gòu)材料（金屬及其合金）所無法比擬的）和化學惰性，使其具有耐燒蝕和耐腐蝕的優(yōu)勢。此外，碳纖維還兼具其他多種優(yōu)良性能， 如低密度（是一般金屬的1/4-1/5）使其成為減重、增強的最佳材料；耐摩擦、 抗疲勞、震動衰減性高、電及熱傳導性高、熱膨脹系數(shù)低、光穿透性高，非磁體但有電磁屏蔽性等。[1]

碳纖維復合材料(CFRP)作為一種先進的復合材料，具有重量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸振性好等一系列優(yōu)點，在航空航天、汽車等領域已有廣泛的應用。[2]

1 我國碳纖維制品產(chǎn)業(yè)國際貿(mào)易現(xiàn)狀

我國在八十年代初開始研制CFRP體育運動器材。1983哈爾濱玻璃鋼研究所研制的CFRP羽毛球拍，1987年研制成功碳纖維，玻璃纖維混雜增強環(huán)氧樹脂的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)四人皮艇。八十年代中期，由于中國的改革開放政策和勞動力低廉等原因，臺灣逐步把勞動力密集，污染嚴重的CFRP體育器材制造業(yè)轉(zhuǎn)往大陸沿海地區(qū)。例如，臺灣80％的高爾夫球桿、40．50％的網(wǎng)球拍、羽毛球拍，60％以上的自行車架制造業(yè)轉(zhuǎn)移到深圳、東莞、福州和廈門等地；一些發(fā)達國家也把該種體育器材制造業(yè)轉(zhuǎn)來中國。例如，韓國把其大部分CFRP釣魚桿制造業(yè)轉(zhuǎn)來中國天津、威海和寧波等地。據(jù)統(tǒng)計，2002年國產(chǎn)CFRP釣魚桿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、自行車等已分別占到世界同類產(chǎn)品產(chǎn)量的60％、60％、75％、65％。這些CFRP體育休閑用品所消耗的CF量，約占當年世界CF消耗總量的16％。然而，由于國際CFRP體育休閑用品已處于飽和狀態(tài)。[3]

向宇宙空間發(fā)射物體需要極大的推力，重量的減輕將會帶來極大的效益，此外宇宙空間溫度變化劇烈，要求材料耐熱、耐低溫及尺寸穩(wěn)定。碳纖維增強復合材料是比較理想的材料。因此在人造衛(wèi)星的主結(jié)構(gòu)、天線、太陽能電池帆板、航天飛機方面均得到應用。由于航空航天方面主要考慮的是材料性能，不太考慮材料的成本，因此碳

纖維及其復合材料才得以被做為不可缺少的材料進行研究開發(fā)。

1995年美日共同開發(fā)的B777飛機上先進復合材料的用量己達到24％，至于新一代直升飛機，其旋轉(zhuǎn)葉片及機身幾乎全部是用碳纖維增強塑料制成。隨著碳纖維增強塑料性能的提高，它在航空領域特別是大型民用客機上的應用將會日益增大。

正是因為碳纖維增強復合材料在軍事上具有極大的應用空間，碳纖維原絲一直是作為軍事資源而言，其技術(shù)引進和貨物貿(mào)易也是受到碳纖維工業(yè)發(fā)達國家的進出口限制的。根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析，2006年，碳纖維制品出口總額為6039.1343萬美元，進口總額為3015.9312萬美元， 我們可以得到我國的碳纖維制品的出口大于進口，保持貿(mào)易逆差，但是從單價和數(shù)額上我們可以看見，我國碳纖維制品進出口的格局是因為數(shù)量上的限制，進口的單價高于出口的單價，進口的數(shù)量遠遠少于出口的數(shù)量，這說明了一方面發(fā)達的碳纖維技術(shù)國家對我國進口碳纖維制品有所限制，另一方面說明我國的貿(mào)易逆差在于碳纖維制品的加工，利用中國廉價的勞動力和對環(huán)境污染的較低成本代價將碳纖維制品的生產(chǎn)設在中國，以較大量的加工廠的模式完成碳纖維制品。根據(jù)要素稟賦理論，碳纖維制品在中國的進出口貿(mào)易仍舊屬于勞動密集型產(chǎn)品。

近年來, 我國的碳纖維市場發(fā)展很快, 今年可望達到1200t-1500t/a, 大都由日本、臺灣省臺塑和韓國產(chǎn)品所占領, 最近美國產(chǎn)品也開始打入中國市場。此外日本的三家原絲小絲束已輸入我國東邦也在設法找渠道輸入, 這對暫無國產(chǎn)合格原絲的碳纖維廠家來說, 無疑是個機遇, 因為其售價低于國產(chǎn)品, 而性能和質(zhì)量好但它對生產(chǎn)原絲的廠家和即將引進原絲生產(chǎn)線的企業(yè)來說, 又是嚴峻的挑戰(zhàn), 迫使他們必須不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量, 擴大生產(chǎn)規(guī)模和降低成本, 不然會有一定的風險, 除非是自己消化掉并發(fā)展下游制品。

2、對于我國碳纖維制品進出口貿(mào)易的思考

碳纖維制品和我國大部分勞動輸出型產(chǎn)品一樣，都存在著只是國外的代工廠的問題。正如郎咸平所言：“事實上我們制造的過程當中，破壞我們的環(huán)境，浪費我們的資源，剝削我們的勞動?！碧祭w維雖然被冠以高科技技術(shù)產(chǎn)品，但在掌握了這一領域的技術(shù)范疇來看，中國的逆差實際上是以低廉的人力成本，資源成本和環(huán)境成本換來的。而改變這一狀況最基本的就是要加速我國碳纖維制品的技術(shù)研制和高性能碳纖維原絲的研發(fā)。

根據(jù)波特的競爭優(yōu)勢理論，一個國家或其特定產(chǎn)業(yè)的競爭優(yōu)勢主要體現(xiàn)為基于比較優(yōu)勢而形成的一國或企業(yè)的核心競爭力。但是單純的比較優(yōu)勢不能形成競爭優(yōu)勢，在國際競爭中幾種具有競爭優(yōu)勢的是具有壟斷性的資源和技術(shù)，創(chuàng)新能力是競爭優(yōu)勢的關鍵。但現(xiàn)在總體上粗放型的經(jīng)濟增長方式還沒有根本轉(zhuǎn)變，自主創(chuàng)新的能力還比較低，國際競爭力還主要體現(xiàn)在由低人力資源成本主導的勞動密集性進出口產(chǎn)品上。因此，面對保護期之后多元而白熱化的國際競爭市場，我們應當在發(fā)揮原有比較優(yōu)勢的基礎上，通過創(chuàng)新來提升競爭優(yōu)勢，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，將潛在的比較優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為國際市場的競爭優(yōu)勢，才能真正實現(xiàn)自身國際競爭力的提升，更好地應對當前的新形勢。

波特的競爭優(yōu)勢理論指出，在一國的國際競爭力形成過程中，一國的要素稟賦、需求狀況、相關產(chǎn)業(yè)或輔助產(chǎn)業(yè)、公司的策略、結(jié)構(gòu)和競爭等四大因素對一國競爭優(yōu)勢的形成具有促進或阻礙的作用。因此，一國競爭優(yōu)勢的取得最終落實到其資源合理配置和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改善之上，所以我們可以從我國的產(chǎn)業(yè)布局整體來把握競爭優(yōu)勢。

首先，整合資源，走集約化發(fā)展道路。中國的持續(xù)高速增長，基本上還是一種外延粗放以規(guī)模取向的簡單增長方式，與國際競爭力提倡的以效率、質(zhì)量、環(huán)保取向的內(nèi)涵集約式增長有很大的不同。因此，我們應該通過整合資源，避免低水平的重復建設，使經(jīng)濟在高效率水平上運行。并鼓勵有實力的企業(yè)“走出去”，到國際市場上去“搶蛋糕”，在競爭中提升自己的競爭力。其次，著眼區(qū)域經(jīng)濟，走產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展模式。將那些產(chǎn)品關聯(lián)性強，價值鏈長的產(chǎn)業(yè)通過整合，形成區(qū)域性產(chǎn)業(yè)集群。通過集群內(nèi)部技術(shù)外溢、資源共享達到成本降低，并形成自己的核心競爭力。最后，積極引導，加強自主創(chuàng)新能力。在國際貿(mào)易中，雖然存在有技術(shù)外溢和“干中學”(Learn by Doing)的效應，但是我們?nèi)匀灰獜娬{(diào)高新技術(shù)的自主創(chuàng)新能力的開發(fā)，而這正是我國當前國際競爭力缺乏的主要原因。我們可以通過政府的政策引導和高校、科研機構(gòu)的成果產(chǎn)業(yè)化，來發(fā)展自己國家在未來具有競爭能力的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。

從技術(shù)上而言，制約我國基碳纖維發(fā)展的基本因素是原絲質(zhì)量差和無高精度的碳化裝置，國家“ 十二五”的重大科技攻關課題或“863”計劃應緊緊圍繞此項重點同時也要配套考慮輔料問題。此外, 如何正確處理大絲束和小絲束基碳纖維的關系, 也是我國業(yè)界十分關心的問題[4]。

大絲束碳纖維無疑是今后的發(fā)展方向之一, 對傳統(tǒng)材料和許多產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代有十分重要的意義, 但考慮到我國目前還處于開發(fā)初期約95%以上的市場仍依賴于24K以下的小絲束碳纖維, 特別是軍工急需的碳纖維100%為小絲束。從國際上看, 目前小絲束的市場仍占居優(yōu)勢, 而且目前世界需求量最大的T300檔次的碳纖維正迅速向T700性能水平過渡, 土木建筑和體育用品用的碳纖維有相當一部分采用的12K T700型產(chǎn)品而大絲束碳纖維的強度指標4.9Gpa是很難達到的, 而且其性能離散系數(shù)要比小絲束大這就決定在一些高科技和軍工領域以及事關生命安全與要求長壽命的應用領域, 仍需要小絲束碳纖維。有些重要的工業(yè)領域如土木建筑雖然也可以選用大絲束碳纖維, 但加固層數(shù)要比采用同樣性能檔次的小絲束碳纖維要多, 才能達到相同的加固水平從而抵消了其價格低的優(yōu)勢。為此在今后相當時期內(nèi)小絲束碳纖維仍將有其強大的生命力。

3、結(jié)論

如上所述，碳纖維制品屬于勞動密集型產(chǎn)品的輸出，要改變這種狀況我們必須要加大實驗研究。目前而言，我國的大絲束碳纖維應著力于解決其原絲的國產(chǎn)化和市場開發(fā)方面。

參考文獻

[1]賀福。碳纖維及其應用技術(shù)?；瘜W工業(yè)出版社，2004，9

[2] 王秋霞。世界復合材料強國與我國的復合材料現(xiàn)狀及發(fā)展動向。玻璃鋼復合材料，1999，1：1-9

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關鍵詞：碳纖維產(chǎn)品，國際貿(mào)易， 現(xiàn)狀分析

碳纖維是以碳元素為主體(碳質(zhì)量分數(shù)在90%～95%)的高分子纖維，是一種新型非金屬材料，它是利用各種有機纖維在惰性氣體中、高溫狀態(tài)下碳化而制得。根據(jù)所采用原料不同，可以分為三大類，即:聚丙烯腈基（PAN）、瀝青基和黏膠基碳纖維。其中產(chǎn)量最大、用途最廣泛的是PAN基碳纖維。

與碳纖維是一種力學性能優(yōu)異的新型材料，與傳統(tǒng)高性能材料相比，它具有最高的比強度（是一般金屬的3-5倍）和最高的比模量，特別是較高的熱穩(wěn)定性（空氣中400?C緩慢氧化和在2000?C以上的高溫惰性環(huán)境中，碳材料是唯一強度不下降的物質(zhì)，是其他主要結(jié)構(gòu)材料（金屬及其合金）所無法比擬的）和化學惰性，使其具有耐燒蝕和耐腐蝕的優(yōu)勢。此外，碳纖維還兼具其他多種優(yōu)良性能， 如低密度（是一般金屬的1/4-1/5）使其成為減重、增強的最佳材料；耐摩擦、 抗疲勞、震動衰減性高、電及熱傳導性高、熱膨脹系數(shù)低、光穿透性高，非磁體但有電磁屏蔽性等。[1]

碳纖維復合材料(CFRP)作為一種先進的復合材料，具有重量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸振性好等一系列優(yōu)點，在航空航天、汽車等領域已有廣泛的應用。[2]

1 我國碳纖維制品產(chǎn)業(yè)國際貿(mào)易現(xiàn)狀

我國在八十年代初開始研制CFRP體育運動器材。1983哈爾濱玻璃鋼研究所研制的CFRP羽毛球拍，1987年研制成功碳纖維，玻璃纖維混雜增強環(huán)氧樹脂的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)四人皮艇。八十年代中期，由于中國的改革開放政策和勞動力低廉等原因，臺灣逐步把勞動力密集，污染嚴重的CFRP體育器材制造業(yè)轉(zhuǎn)往大陸沿海地區(qū)。例如，臺灣80％的高爾夫球桿、40．50％的網(wǎng)球拍、羽毛球拍，60％以上的自行車架制造業(yè)轉(zhuǎn)移到深圳、東莞、福州和廈門等地；一些發(fā)達國家也把該種體育器材制造業(yè)轉(zhuǎn)來中國。例如，韓國把其大部分CFRP釣魚桿制造業(yè)轉(zhuǎn)來中國天津、威海和寧波等地。據(jù)統(tǒng)計，2002年國產(chǎn)CFRP釣魚桿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、自行車等已分別占到世界同類產(chǎn)品產(chǎn)量的60％、60％、75％、65％。這些CFRP體育休閑用品所消耗的CF量，約占當年世界CF消耗總量的16％。然而，由于國際CFRP體育休閑用品已處于飽和狀態(tài)。[3]

向宇宙空間發(fā)射物體需要極大的推力，重量的減輕將會帶來極大的效益，此外宇宙空間溫度變化劇烈，要求材料耐熱、耐低溫及尺寸穩(wěn)定。碳纖維增強復合材料是比較理想的材料。因此在人造衛(wèi)星的主結(jié)構(gòu)、天線、太陽能電池帆板、航天飛機方面均得到應用。由于航空航天方面主要考慮的是材料性能，不太考慮材料的成本，因此碳

纖維及其復合材料才得以被做為不可缺少的材料進行研究開發(fā)。

1995年美日共同開發(fā)的B777飛機上先進復合材料的用量己達到24％，至于新一代直升飛機，其旋轉(zhuǎn)葉片及機身幾乎全部是用碳纖維增強塑料制成。隨著碳纖維增強塑料性能的提高，它在航空領域特別是大型民用客機上的應用將會日益增大。

正是因為碳纖維增強復合材料在軍事上具有極大的應用空間，碳纖維原絲一直是作為軍事資源而言，其技術(shù)引進和貨物貿(mào)易也是受到碳纖維工業(yè)發(fā)達國家的進出口限制的。根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析，2006年，碳纖維制品出口總額為6039.1343萬美元，進口總額為3015.9312萬美元， 我們可以得到我國的碳纖維制品的出口大于進口，保持貿(mào)易逆差，但是從單價和數(shù)額上我們可以看見，我國碳纖維制品進出口的格局是因為數(shù)量上的限制，進口的單價高于出口的單價，進口的數(shù)量遠遠少于出口的數(shù)量，這說明了一方面發(fā)達的碳纖維技術(shù)國家對我國進口碳纖維制品有所限制，另一方面說明我國的貿(mào)易逆差在于碳纖維制品的加工，利用中國廉價的勞動力和對環(huán)境污染的較低成本代價將碳纖維制品的生產(chǎn)設在中國，以較大量的加工廠的模式完成碳纖維制品。根據(jù)要素稟賦理論，碳纖維制品在中國的進出口貿(mào)易仍舊屬于勞動密集型產(chǎn)品。

近年來， 我國的碳纖維市場發(fā)展很快， 今年可望達到1200t-1500t/a， 大都由日本、臺灣省臺塑和韓國產(chǎn)品所占領， 最近美國產(chǎn)品也開始打入中國市場。此外日本的三家原絲小絲束已輸入我國東邦也在設法找渠道輸入， 這對暫無國產(chǎn)合格原絲的碳纖維廠家來說， 無疑是個機遇， 因為其售價低于國產(chǎn)品， 而性能和質(zhì)量好但它對生產(chǎn)原絲的廠家和即將引進原絲生產(chǎn)線的企業(yè)來說， 又是嚴峻的挑戰(zhàn)， 迫使他們必須不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量， 擴大生產(chǎn)規(guī)模和降低成本， 不然會有一定的風險， 除非是自己消化掉并發(fā)展下游制品。

2、對于我國碳纖維制品進出口貿(mào)易的思考

碳纖維制品和我國大部分勞動輸出型產(chǎn)品一樣，都存在著只是國外的代工廠的問題。正如郎咸平所言：“事實上我們制造的過程當中，破壞我們的環(huán)境，浪費我們的資源，剝削我們的勞動?！碧祭w維雖然被冠以高科技技術(shù)產(chǎn)品，但在掌握了這一領域的技術(shù)范疇來看，中國的逆差實際上是以低廉的人力成本，資源成本和環(huán)境成本換來的。而改變這一狀況最基本的就是要加速我國碳纖維制品的技術(shù)研制和高性能碳纖維原絲的研發(fā)。

根據(jù)波特的競爭優(yōu)勢理論，一個國家或其特定產(chǎn)業(yè)的競爭優(yōu)勢主要體現(xiàn)為基于比較優(yōu)勢而形成的一國或企業(yè)的核心競爭力。但是單純的比較優(yōu)勢不能形成競爭優(yōu)勢，在國際競爭中幾種具有競爭優(yōu)勢的是具有壟斷性的資源和技術(shù)，創(chuàng)新能力是競爭優(yōu)勢的關鍵。但現(xiàn)在總體上粗放型的經(jīng)濟增長方式還沒有根本轉(zhuǎn)變，自主創(chuàng)新的能力還比較低，國際競爭力還主要體現(xiàn)在由低人力資源成本主導的勞動密集性進出口產(chǎn)品上。因此，面對保護期之后多元而白熱化的國際競爭市場，我們應當在發(fā)揮原有比較優(yōu)勢的基礎上，通過創(chuàng)新來提升競爭優(yōu)勢，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，將潛在的比較優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為國際市場的競爭優(yōu)勢，才能真正實現(xiàn)自身國際競爭力的提升，更好地應對當前的新形勢。

波特的競爭優(yōu)勢理論指出，在一國的國際競爭力形成過程中，一國的要素稟賦、需求狀況、相關產(chǎn)業(yè)或輔助產(chǎn)業(yè)、公司的策略、結(jié)構(gòu)和競爭等四大因素對一國競爭優(yōu)勢的形成具有促進或阻礙的作用。因此，一國競爭優(yōu)勢的取得最終落實到其資源合理配置和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改善之上，所以我們可以從我國的產(chǎn)業(yè)布局整體來把握競爭優(yōu)勢。

首先，整合資源，走集約化發(fā)展道路。中國的持續(xù)高速增長，基本上還是一種外延粗放以規(guī)模取向的簡單增長方式，與國際競爭力提倡的以效率、質(zhì)量、環(huán)保取向的內(nèi)涵集約式增長有很大的不同。因此，我們應該通過整合資源，避免低水平的重復建設，使經(jīng)濟在高效率水平上運行。并鼓勵有實力的企業(yè)“走出去”，到國際市場上去“搶蛋糕”，在競爭中提升自己的競爭力。其次，著眼區(qū)域經(jīng)濟，走產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展模式。將那些產(chǎn)品關聯(lián)性強，價值鏈長的產(chǎn)業(yè)通過整合，形成區(qū)域性產(chǎn)業(yè)集群。通過集群內(nèi)部技術(shù)外溢、資源共享達到成本降低，并形成自己的核心競爭力。最后，積極引導，加強自主創(chuàng)新能力。在國際貿(mào)易中，雖然存在有技術(shù)外溢和“干中學”(Learn by Doing)的效應，但是我們?nèi)匀灰獜娬{(diào)高新技術(shù)的自主創(chuàng)新能力的開發(fā)，而這正是我國當前國際競爭力缺乏的主要原因。我們可以通過政府的政策引導和高校、科研機構(gòu)的成果產(chǎn)業(yè)化，來發(fā)展自己國家在未來具有競爭能力的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。

從技術(shù)上而言，制約我國基碳纖維發(fā)展的基本因素是原絲質(zhì)量差和無高精度的碳化裝置，國家“ 十二五”的重大科技攻關課題或“863”計劃應緊緊圍繞此項重點同時也要配套考慮輔料問題。此外， 如何正確處理大絲束和小絲束基碳纖維的關系， 也是我國業(yè)界十分關心的問題[4]。

大絲束碳纖維無疑是今后的發(fā)展方向之一， 對傳統(tǒng)材料和許多產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代有十分重要的意義， 但考慮到我國目前還處于開發(fā)初期約95%以上的市場仍依賴于24K以下的小絲束碳纖維， 特別是軍工急需的碳纖維100%為小絲束。從國際上看， 目前小絲束的市場仍占居優(yōu)勢， 而且目前世界需求量最大的T300檔次的碳纖維正迅速向T700性能水平過渡， 土木建筑和體育用品用的碳纖維有相當一部分采用的12K T700型產(chǎn)品而大絲束碳纖維的強度指標4.9Gpa是很難達到的， 而且其性能離散系數(shù)要比小絲束大這就決定在一些高科技和軍工領域以及事關生命安全與要求長壽命的應用領域， 仍需要小絲束碳纖維。有些重要的工業(yè)領域如土木建筑雖然也可以選用大絲束碳纖維， 但加固層數(shù)要比采用同樣性能檔次的小絲束碳纖維要多， 才能達到相同的加固水平從而抵消了其價格低的優(yōu)勢。為此在今后相當時期內(nèi)小絲束碳纖維仍將有其強大的生命力。

3、結(jié)論

如上所述，碳纖維制品屬于勞動密集型產(chǎn)品的輸出，要改變這種狀況我們必須要加大實驗研究。目前而言，我國的大絲束碳纖維應著力于解決其原絲的國產(chǎn)化和市場開發(fā)方面。

參考文獻

[1]賀福。碳纖維及其應用技術(shù)?；瘜W工業(yè)出版社，2004，9

[2] 王秋霞。世界復合材料強國與我國的復合材料現(xiàn)狀及發(fā)展動向。玻璃鋼復合材料，1999，1：1-9

[3] 李金濤，宣昌茂。我國碳纖維增強復合材料的市場狀況?，F(xiàn)代企業(yè)文化。2008，20（96）：6-23

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最強碳纖維新機

華碩BU400商務超極本

在快速、頻繁的移動辦公過程中，對筆記本電腦的堅固性、移動性、高效性、穩(wěn)定性都提出了極其苛刻的要求，這些因素也決定了職場人士對商務本的最終選擇，而華碩BU400正是一款極具堅固性與高效性的筆記本電腦。

華碩BU400頂蓋部分采用為碳纖維材質(zhì)，可抵擋更大的瞬間沖擊力，避免屏幕損壞。頂蓋上的編織紋理表面輔以特殊約束涂層并在四周進行了金屬圈邊處理，以避免堅硬的碳纖溢出。華碩BU400配備全新第三代英特爾酷睿i5- 3317U處理器，搭載于Intel Ivy Bridge平臺，更配置了8GB DDR3 1600 MHz高速內(nèi)存，支持純SSD固態(tài)硬盤和SSD加機械硬盤的混合硬盤模式，具備Intel HD Graphics 4000核芯顯卡與NVIDIA NVS 5200M雙顯卡切換。

華碩BU400

處理器 i5-3317U

內(nèi)存 8GB DDR3 1600MHz

顯卡 HD 4000/NVS 5200M

-馮華

筆記本電腦

創(chuàng)造無限可能

宏碁Aspire P3超極本

日前，全新一代屏幕與鍵盤可分離的超極本宏碁Aspire P3以全新的“童話”形象隆重登場，為科技男的求愛之路“探索無限可能”。P3是宏碁以觸控、可分離的設計理念重新定義的超極本。

宏碁P3的機身以流暢的線條配以金屬質(zhì)感的銀色外殼讓人眼前一亮，超極本與平板電腦之間的變身也簡單易操作，只需從鍵盤保護套上端邊緣處將屏幕輕輕撬出，超極本瞬間成為平板電腦，超輕鋁合金材質(zhì)的宏碁P3機身厚度僅9.95mm，重量僅為790g，猶如一本雜志，便攜易用；“穿上”深色皮革質(zhì)感的鍵盤皮套后，將屏幕固定在保護套內(nèi)并固定在鍵盤上的凹槽處，P3立即變身為功能強大的超極本，展現(xiàn)商務用機的內(nèi)斂與沉穩(wěn)。

宏碁Aspire P3超極本

處理器 全新英特爾酷睿i3/i5

屏幕 11.6英寸1355×768十點觸控

電池續(xù)航 6小時

-王炳晨

一體電腦

安卓一體機

惠普Slate 21 AiO正式上市

8月14日，惠普宣布旗下首款采用Android平臺的一體電腦HP Slate 21 AiO將于近日上市。它采用全新的Android 4.2.2操作系統(tǒng)，支持多人賬戶登錄，能夠讓全家每一位用戶都獨立定制桌面內(nèi)容和應用軟件。另外，HP Slate 21 AiO還可以與其他采用安卓系統(tǒng)的手機、平板等便攜設備共享信息，實現(xiàn)同屏顯示。內(nèi)置無限網(wǎng)卡、藍牙4.0和Wireless Direct無線打印技術(shù)，更是能方便設備間視頻、照片等數(shù)據(jù)的傳遞。Slate 21搭載了NV Tegra四核心處理器，支持1080p分辨率顯示，內(nèi)置DTS雙揚聲器，21.5英寸的簡約機身，在IPS廣視角面板的色彩表現(xiàn)下，能夠提供更好的影音效果?？偟膩砜?，惠普 Slate 21 AiO的軟硬件配置都很全面。

惠普Slate 21 AiO

系統(tǒng) 安卓 4.2.2

處理器 NVIDIA Tegra四核

特色 無線網(wǎng)卡/無線打印

-王宇

耳機

心的震撼

愛戴客N10

隨著如今人們對完美音質(zhì)的追求，市面上針對各種音樂播放器和電腦所必需的周邊產(chǎn)品需求越來越大，尤其對耳機的音質(zhì)要求也越來越高。映泰最近就推出了專門針對Hi-Fi平臺使用的iDEQ愛戴客高保真耳機，好的播放源最重要還要有好的播放耳機。

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關鍵詞：碳纖維加固特點 施工工藝

1 概述

在現(xiàn)有橋梁中，有不少橋梁，由于當時設計荷載標準偏低造成歷史遺留問題，行車密度及車輛載重越來越大，公路橋梁負荷日趨加重而不得不對已有橋梁進行維修、加固。在碳纖維加固技術(shù)問世之前，我國一直延用傳統(tǒng)加固方法，其具體方法有：加大截面法、外包鋼筋加固法、粘鋼加固法、加大混凝土截面等方法來達到混凝土的加固效果。在“碳纖維加固技術(shù)”出現(xiàn)之后，這種新型加固技術(shù)迅速占領建筑市場，幾乎將傳統(tǒng)加固方法取而代之。

所謂碳纖維加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在橋梁梁體表面，使兩者共同工作，提高橋梁的承載能力，由此而達到對橋梁進行加固、補強的目的。要求基層混凝土的強度等級不低于C15即可。

2 特點

碳纖維，形態(tài)上比人的頭發(fā)絲還要細100倍，密度不到鋼的1/4，但鋼度卻是鋼的4倍，抗拉強度則是鋼的7～9倍。碳纖維材料的特點是強度高、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕，在彈性模量方面某些高彈性碳纖維甚至在鋼材的兩倍以上，并且施工性能與耐久性良好，更可貴的是它還具備可加工性，另外碳纖維材料質(zhì)量輕、材質(zhì)薄，單層的粘貼厚度僅1.0mm左右，經(jīng)過粘貼后單位面積重量不超過1.0kg，經(jīng)過加工修補不增加原結(jié)構(gòu)自重，不會改變原構(gòu)件尺寸，既避免了粘貼鋼板時所帶來的視覺上的粗糙感又達到了較之更好的加固效果。另外，碳纖維加固技術(shù)可降低建筑物的加固成本，延長使用壽命。因此，碳素纖維作為新時期的補強材料，而備受社會關注。

3 適用范圍

混凝土構(gòu)件、木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等均可用碳纖維加固的方法進行加固和補修，并且加固后構(gòu)件承受能力、抗震性能和耐久性能都可以大幅度提高。①混凝土結(jié)構(gòu)物、橋梁及建筑物的梁、柱、面板加固。②被鹽腐蝕的混凝土、橋梁以及河川構(gòu)造物的防護與加固。③隧道、港灣設施、煙囪、倉庫、廠房的加固。由于碳纖維加固自身的特點，因此多用于混凝土結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪加固，同時廣泛用于各類工業(yè)與民用建筑物、防震、防裂、防腐的補強及提高設計荷載等級方面。

4 工藝原理

碳纖維材料具有高強度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕等特點?？估瓘姸确矫嫔踔潦瞧胀ㄤ摻畹氖蹲笥?，彈性模量方面略高于普通鋼筋。加固和修復混凝土結(jié)構(gòu)所使用的碳纖維材料主要分為碳纖維材料和配套樹脂兩種，其中碳纖維材料是一種很好的加固修復材料，在抗拉強度方面是建筑鋼材的十倍、彈性模量方面碳纖維材料與鋼材相當，但是有些（如高彈性）碳纖維材料的彈性模量甚至是鋼材的兩倍以上，且施工性與耐久性表現(xiàn)良好；配套樹脂主要包括底層樹脂、找平樹脂及粘結(jié)樹脂三種，前兩種的功能是提高碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量，而粘結(jié)樹脂的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成復合型的統(tǒng)一體，使它們作為整體共同發(fā)揮作用，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗剪承載力以及加強抗彎性，從而達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加固和補強的效果。

5 施工工藝

對碳纖維進行加固的流程為：構(gòu)件表面處理――粘貼面基層處理――涂底層涂料――構(gòu)件表面環(huán)氧膩子修補――貼碳纖維片材――氧化固化―― 涂裝。

5.1 對基底處理 按照設計要求采用碳纖維技術(shù)對基底進行相應的處理：①對混凝土構(gòu)件的表面出現(xiàn)殘缺、破損和碳化層的部分進行清理，對剔鑿、清理、露筋的構(gòu)件殘缺部分進行修補復原，直到結(jié)構(gòu)部件密實部位為止。排查外露鋼筋的銹蝕狀況，如有則進行必要的處理。②裂縫的修補。通過環(huán)氧樹脂進行表面涂刷和密封方式處理縫寬小于0.2mm的裂縫，對于大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂進行灌縫。③對貼片范圍的定位、劃墨線、按設計要求進行。④打磨結(jié)構(gòu)部件表面凸出部分（模板的段差等）進行整平處理，修復后的高度差不得超過1mm；用磨光機把棱角打磨成半徑大于30mm的圓角。⑤用高壓水或壓縮空氣除凈構(gòu)件表面的粉塵，并使其充分干燥。

5.2 涂刷底層樹脂 ①把按比例調(diào)好底膠主劑和固化劑導入容器內(nèi)，用攪拌器攪拌均勻，量的大小控制在可使用時間內(nèi)用完為準。②用滾筒刷把底膠均勻地涂刷，注意直橫涂抹均勻，自然風干。需要涂刷兩層時，應在第一層指觸干燥后再涂刷第二層。③底膠固化后，表面有凸起部分時要用磨光機或砂紙磨平。④當氣溫低于5℃，相對濕度大于85%，混凝土表面含水率在8%以上，以及因降雨或結(jié)露而沒有有效的保證措施時，不能進行施工，要根據(jù)溫度、濕度選擇適當?shù)牡啄z。

5.3 找平處理 ①用環(huán)氧膩子對結(jié)構(gòu)部件表面凹陷部位進行填平，直到修復平整，內(nèi)角（起拱段差、等）用環(huán)氧膩子填充進行整平處理。②找平膠涂刮后，表面上的糙紋，應用砂紙打磨平整。③整平膠料固化后，方可進行下一道工序。

5.4 粘貼碳纖維片 ①在運輸、儲存、剪切、粘貼碳纖維片時，確保碳纖維質(zhì)量嚴禁彎折。貼片時用鋼直尺和壁紙刀按規(guī)定尺寸裁剪纖維片。②碳纖維片接頭，其受力方向（順紋方向）每端的搭接長度不應小于200mm，若粘貼層數(shù)超過3層，該搭接長度不應小于300mm；對非受力方向（橫紋方向）每邊的搭接長度可取100mm，當平行粘貼多條碳纖維板時，兩板之間空隙應不小于5mm。③對樹脂主劑和固化劑按規(guī)定比例進行配比，利用滾筒刷均勻地涂刷黏結(jié)樹脂。④貼片。用碳纖維片和樹脂進行粘連，用橡皮滾筒沿著纖維方向在碳纖維片上進行滾壓，接觸面之間不要有空氣，這樣可以使樹脂滲入碳纖維中，并使纖維片的鋪層均勻壓實，無氣泡出現(xiàn)。

5.5 碳纖維片養(yǎng)護 ①碳纖維片的粘貼。達到初期固化前需要自然養(yǎng)護24h，并確保固化期間不受影響。②碳纖維片粘貼后，對滿足設計強度所需自然養(yǎng)護的時間的規(guī)定：平均氣溫在10℃以下時，需要2周；平均氣溫在10℃以上20℃以下時，需要1～2周；平均氣溫高于20℃時，需要1周。在自然養(yǎng)護期間應避免物體硬性沖擊貼片。

5.6 涂裝 根據(jù)需要可以在樹脂固化后加固、補強構(gòu)件表面，并涂刷耐火涂層和色彩。

6 施工注意事項

6.1 碳纖維片材選擇 檢查是否均勻。只有分布排列均勻的碳纖維束，經(jīng)加復合工成后，才能保證材料整體受力均勻；若碳纖維片材均勻性不好，會因為構(gòu)件受力不同導致纖維片受力不均，最后不能充分顯碳纖維補強的效果。因此，要保證加固質(zhì)量，要擇均勻性較好的碳纖維片材。

6.2 碳纖維（片材）粘貼 ①進行碳纖維片材表面處理和粘貼，首先對加固設計部位進行放線定位。②碳纖維片材裁剪。按照要求的尺寸對碳纖維片材裁剪，使裁剪后的織物寬度保持在100mm到150mm之間。③清理碳纖維片材表面的粉塵并擦拭干凈。進行兩層粘貼時，底層碳纖維片材兩面都要擦拭干凈。④碳纖維片材擦拭干凈再涂刷粘結(jié)樹脂，膠層應呈凸起狀且平均厚度不小于2mm。⑤把涂有粘結(jié)樹脂的碳纖維片材用手輕壓。沿著纖維片材方向用橡膠滾筒均勻平穩(wěn)壓實，使樹脂從兩邊溢出，保證密實粘貼良好。⑥通過連續(xù)粘貼的方式進行兩層碳纖維片材的粘貼。如果不能粘貼，那么對底層碳纖維片材重新進行清潔處理。⑦碳纖維的配套用膠要遠離火源，避免陽光直射。配置及使用時必須保持良好的通風。⑧考慮環(huán)境濕度對樹脂固化的負面影響。混凝土的粘貼部位含水率不宜小于4%，且不應大于6%。⑨把按規(guī)定比例配制好的樹脂放入容器，進行攪拌直到色澤均勻。攪拌用的容器內(nèi)不能有油污及雜質(zhì)。⑩根據(jù)季節(jié)和溫度，需要使用不同型號的粘貼樹脂確保粘貼的質(zhì)量。這樣才能把握對樹脂施工時的可操作時間和固化時間。

7 碳纖維加固效益優(yōu)勢

采用碳纖維方式進行加固，在費用方面與一般的粘貼鋼板法差不多，與傳統(tǒng)加固法相比，采用碳纖維加固法優(yōu)勢表現(xiàn)在：高強高效、施工便捷，不改變原結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)外觀，不會對原結(jié)構(gòu)造成損害，后期維護費用低并且施工質(zhì)量有保證?；瘜W結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐腐蝕性以及抗疲勞性能等方面更加突出，并且沒有濕作業(yè)，現(xiàn)場不需固定設備，場地占用少。在工期和條件方面具有明顯的優(yōu)勢，采用碳纖維加固法加固效果好，適用范圍廣，質(zhì)量有保證，經(jīng)過碳纖維加固修補后，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重，更不會改變原構(gòu)件尺寸。

參考文獻：

[1]任振華.碳纖維加固橋梁技術(shù)實用研究[J].價值工程，2011（19）.

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[關鍵詞]峰谷電價 碳纖維采暖 智能分時控制 間斷性加熱

中圖分類號：TU832.16 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0150-01

碳纖維是一種纖維狀碳材料，強度比鋼大、密度比鋁小、比不銹鋼還耐腐蝕、熱力學性能十分優(yōu)異的新型材料。

目前，碳纖維在替代采暖材料核心發(fā)熱體上有良好的應用。在德國、日本等發(fā)達國家很多節(jié)能采暖設備的核心發(fā)熱體已逐步升級到碳纖維材料。碳纖維材料在采暖方面的應用主要利用了材料的耐腐蝕并抗氧化，高穩(wěn)定性，壽命更長，熱換率高達98%以上等特點。有著金屬、PTC等電熱體不可比擬的優(yōu)勢。

一、碳纖維采暖的原理及主要特點

碳纖維采暖是利用電力通過碳纖維分子活動振蕩做布朗運動取得熱量。這種取暖方式充分利用了熱量的三種傳播方式，即：熱傳導，熱對流和熱輻射。其主要特點有：

1、升溫迅速，電熱轉(zhuǎn)換效率達98% 以上，省電節(jié)能。2、遠紅外輻射率高，8―15μm 遠紅外低溫輻射對人體有益。3、化學性能穩(wěn)定，發(fā)熱體抗氧化性能好，不易老化，經(jīng)久耐用。4、電阻值穩(wěn)定，發(fā)熱均勻，發(fā)熱溫度、發(fā)熱能量可隨電線長度、電壓進行調(diào)節(jié)控制；斷線不起弧，有效杜絕火災的發(fā)生。5、抗拉強度高。在相同的電流負荷面積下，碳纖維的強度比金屬絲高6―10倍；重量輕，有效減輕構(gòu)件重量，從而提高了構(gòu)件技術(shù)性能。6、使用壽命長。

二、碳纖維采暖的節(jié)能性

以山東某公建項目為例，對碳纖維采暖方式的節(jié)能性進行介紹和測算，本項目供暖建筑面積為6905.87O，現(xiàn)利用碳纖維采暖為建筑提供冬季熱源。

1、方案設計依據(jù)

1.1 負荷參數(shù) 按敷設面積85w/m2計算，碳纖維采暖總功率為：267.72kw。

1.2 使用時間 本項目冬季供暖時間為130天（11月10日至次年3月20日）。

1.3 電價政策 山東冬季電價政策如下：

高峰時段（8h）8：30-11：30，16：00-21：00，電價為1.1744元/度；平電時段（8h）7：00-8：30，11：30-16：00，21：00-23：00，0.7829元/度；低谷時段（8h）23：00-次日7：00，0.3915元/度.

效益分析按照高峰、低谷、平段電價及不同負荷情況運行的天數(shù)進行計算。

2、采暖費用分析

2.1按照峰谷電價政策制定運行方案

根據(jù)當?shù)貧夂蛱攸c，劃分下列四個供暖階段

（1）室外溫度在-10℃以下，約10天，碳纖維運行時間為5.5h

（2）室外溫度在-10℃～-5℃，約35天，碳纖維運行時間為4.5h

（3）室外溫度在-5℃～0℃，約55天，碳纖維運行時間為3.5h

（4）室外溫度在0℃以上，約30天，碳纖維運行時間為2.5h

整個采暖季平均每天運行4.3h。碳纖維采暖為間斷性加熱，溫度設定好后，有1～9℃的溫控容差（可調(diào)節(jié)），不會頻繁啟動。按照合理避峰原則，制定各供暖階段的運行方案：

5：00～7：00為谷電時段，最大程度為建筑升溫；7：00～8：30為平電時段，繼續(xù)為建筑物升溫；8：30～11：30為峰電時段，保障室溫良好的情況下，減少開啟時間；11：30～16：00為平電時段，維持室溫；16：00～23：00為峰電、平電時段，考慮到夜間公建建筑使用情況，設為防凍模式，可不開啟；23：00～次日5：00為谷電時段，利用谷電維持室溫至15℃。

2.2各供暖階段的運行時間分布

（1）室外溫度Q-10℃時，碳纖維采暖的運行時間分布

5：00～7：00，設定溫度為20℃，運行2h；7：00～8：30，設定溫度為20℃，運行1h；8：30～11：30，設定溫度為18℃，運行0.5h；11：30～16：00，設定溫度為18℃，運行0.5h；16：00～23：00，設定溫度為5℃，不運行（防凍模式）；23：00～次日5：00，設定溫度為15℃，運行1.5h；每天共運行5.5h。

（2）室外溫度-10～-5℃時，碳纖維采暖的運行時間分布

5：00～7：00，設定溫度為20℃，運行2h；7：00～8：30，設定溫度為20℃，運行0.5h；8：30～11：30，設定溫度為18℃，運行0.5h；11：30～16：00，設定溫度為18℃，運行0.5h；16：00～23：00，設定溫度為5℃，不運行（防凍模式）；23：00～次日5：00，設定溫度為15℃，運行1h。每天共計運行4.5h

（3）室外溫度-5～0℃時，碳纖維采暖的運行時間分布

5：00～7：00，設定溫度為20℃，運行1.5h；7：00～8：30，設定溫度為20℃，運行0h；8：30～11：30，設定溫度為18℃，運行0.5h；11：30～16：00，設定溫度為18℃，運行0.5h；16：00～23：00，設定溫度為5℃，不運行（防凍模式）；23：00～次日5：00，設定溫度為15℃，運行1h。每天共計運行3.5h

（4）室外溫度≥0℃時，碳纖維采暖的運行時間分布

5：00～7：00，設定溫度為20℃，運行1h；7：00～8：30，設定溫度為20℃，運行0h；8：30～11：30，設定溫度為18℃，運行0.5h；11：30～16：00，設定溫度為18℃，運行0.5h；16：00～23：00，設定溫度為5℃，不運行（防凍模式）；23：00～次日5：00，設定溫度為15℃，運行0.5h。每天共計運行2.5h。

2.3碳纖維采暖運行費用

（1）室外溫度在-10℃以下，約10天，運行費用為0.84萬元；（2）室外溫度在-10℃～-5℃，約35天，運行費用為2.38萬元；（3）室外溫度在-5℃～0℃，約55天，運行費用為2.88萬元；（4）室外溫度在0℃以上，約30天，運行費用為1.26萬元.

整個冬季碳纖維采暖共運行130天，運行費用為：7.36萬元，折合18.50元/（采暖季*平方米）.

若采用市政供暖，供暖費用為：14.68萬元，折合35.94元/（采暖季*平方米）。合理應用碳纖維采暖每年可比市政供暖節(jié)約7.32萬元，減少了近50%的運行費用，極大地降低了冬季采暖成本。

四、碳纖維采暖造價分析

地暖造價包括：發(fā)熱主線、擠塑板、主線連接線、鋼絲網(wǎng)、鋁箔反射膜、裸銅接地線、溫控器等的主輔材料費、人工費、雜費、管理費、稅金等。合計碳纖維采暖每平米造價約為：116.1元/平米，總造價為 ：46.20萬元

若采用市政供暖，其造價包括：市政供暖管網(wǎng)的建設配套費（55元/平米）、供熱機房建設、水地暖敷設、輔材費、人工費、稅金等。合計市政供暖每平米造價為150.8元/平米，總造價約為60萬元。采用碳纖維采暖可減少初投資13.8萬元。

五、結(jié)論

綜上所述，碳纖維采暖較市政供暖可節(jié)約大量初投資和運行費用。碳纖維智能采暖系統(tǒng)可自主控制，集中控制實現(xiàn)分層、分戶計量。溫控器可智能編程，劃時段分區(qū)域按需供熱。可見，碳纖維采暖的分時控制特點與峰谷電價政策可有效結(jié)合，在不影響供暖效果的情況下減少峰電運行時間，合理降低采暖費用。

參考文獻

[1]王春萌；張大鵬；；碳纖維發(fā)熱裝置控制系統(tǒng)的設計[J]；農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡信息；2013年01期

[2]付玉；碳晶電熱板用于室內(nèi)局部輻射采暖的研究[D]；哈爾濱工業(yè)大學；2011年

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【關鍵詞】橋涵蓋板；病害；碳纖維布加固原理；施工工藝；工程性能評價

1 橋涵蓋板病害產(chǎn)生原因

近年來載重汽車噸位的不斷增大，許多橋涵的蓋板出現(xiàn)了混凝土開裂、風化露筋、鋼筋銹蝕等嚴重病害，橋涵蓋板的承載力下降。該病害嚴重地影響到公路行車安全，急需對發(fā)生病害的橋涵蓋板進行加固處理。

2 碳纖維布性能指標和加固原理

碳纖維聚合物CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer) 加固混凝土結(jié)構(gòu)，是近十年來在發(fā)達國家中新興的成熟的加固技術(shù)，也是國內(nèi)工程界日漸關注和發(fā)展中的加固應用技術(shù)。

2.1 碳纖維是一種力學性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3 500 MPa以上，是鋼的7-9倍，抗拉彈性模量為23 000 MPa-43 000 MPa，亦高于鋼。因此，CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達2000 MPa/(g*m3)以上，而A3鋼的比強度僅為59 MPa/(g*m3) 左右，其比模量也比鋼高。碳纖維和石墨纖維一般統(tǒng)稱為碳纖維，含碳量都在95%以上，目前具有工業(yè)意義的原絲僅有聚丙烯睛纖維(PAN)和中間相瀝青，各國生產(chǎn)碳纖維主要是以聚丙烯睛纖維為原料，經(jīng)過高溫碳化等特殊工藝加工成極細的纖維絲(直徑5 pm--10 pm)。我國CECS 146-2003碳纖維QD片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定的碳纖維布的主要力學性能指標要求如表1所示。

2.2 碳纖維增強復合材料加固修補橋涵蓋板技術(shù)，是利用專門配制的粘結(jié)劑將碳纖維片粘貼在橋涵混凝土蓋板構(gòu)件需補強加固部位表面，使混凝土與碳纖維片形成一體，共同工作的加固修補方式。碳纖維材料具有優(yōu)良的力學性能，其抗拉強度一般為建筑用鋼材的十幾倍;但是碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的各碳纖維絲很難完全共同工作，在承受較低的荷載時，一部分應力水平較高的碳纖維絲首先達到其抗拉強度并退出工作狀態(tài)，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結(jié)劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強度，故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結(jié)劑對碳纖維布的加固起著關鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時又要確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作，從而達到加固的目的。鋼筋混凝土蓋板的抗彎加固，是通過將碳纖維布粘貼于構(gòu)件受拉區(qū)，代替或補充鋼筋的受拉性能，從而提高構(gòu)件的抗彎承載力。粘貼碳纖維后，在構(gòu)件受拉區(qū)混凝土開裂前，碳纖維的應變很小;在混凝土開裂后，碳纖維布逐漸參與共同工作，應變增長加快;而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發(fā)揮作用，應變增長迅速加快，其高強高效的性能得以充分體現(xiàn)。鋼筋混凝土蓋板的抗剪加固，是將碳纖維粘貼于構(gòu)件的受剪區(qū)， 這里碳纖維的作用類似于箍筋。在構(gòu)件屈服前，碳纖維的應變發(fā)展緩慢，所達到的最大應變值也較小;在構(gòu)件屈服后，箍筋的作用逐漸被碳纖維代替，碳纖維的應變發(fā)展加快，應變值要高于箍筋的應變值，而箍筋所起的約束作用減小，其應變發(fā)展緩慢。

3 施工工藝及技術(shù)要點

橋涵蓋板加固工程的施工日期要安排在雨季前或雨季后，以減少雨水對工程的影響。其施工工序為：施工準備；卸荷；混凝土表面處理；配置、涂刷底膠；找平面層并配置找平膠；粘貼碳纖維片材；保護。

3.1 施工準備：認真閱讀設計圖紙，根據(jù)實際情況擬定施工計劃，備齊施工所需的各種材料及機具。

3.2 加固前應對所加固的構(gòu)件盡可能卸荷。

3.3 混凝土表面處理：清除橋涵蓋板底面剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，對于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后用環(huán)氧砂漿進行修復。用混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，將混凝土面層打磨平整，尤其把表面的凸起部位磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處進行倒角處理并打磨成圓弧狀(R≥20mm)。用吹風機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。

3.4 配置、涂刷底膠：按主劑:固化劑=2:1的比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計量，電動攪拌器均勻攪拌，根據(jù)現(xiàn)場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間。用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后再進行下一工序施工。一般固化時間為2～3d。

3.5 配置找平膠（FE膠）并找平面層混凝土蓋板表面凹陷部位用FE膠填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應用FE膠填補，轉(zhuǎn)角處用FE膠修補成光滑的圓弧，半徑不小于10mm。

3.6 粘貼碳纖維片材：按尺寸裁剪碳纖維布，調(diào)配、攪拌粘貼碳纖維材料的加固專用膠（FR膠），攪拌至色澤均勻，然后用滾筒刷均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位多涂刷一些，在確定所粘貼部位無誤后剝?nèi)ルx型紙，將碳纖維布拉緊展平并鋪在涂有FR膠基面上，用特制滾子反復沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使FR膠充分浸透碳纖維。碳纖維沿纖維方向的搭接長度不小于100mm，碳纖維端部固定用橫向碳纖維固定。多層粘貼重復上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥進行下一層的粘貼。在最后一層碳纖維的表面均勻涂抹FR膠。其厚度為1～2 mm。

3.7 保護：加固后的碳纖維布表面應采取抹灰或噴防火涂料進行保護。

4 碳纖維加固工程性能評價

4.1碳纖維材料性能評價

碳纖維的彈性模量與鋼材較為接近，極適合于鋼筋砼結(jié)構(gòu)的加固修復，同時，碳纖維的抗拉強度為普通鋼材的10倍，在達到相同加固效果的情況下，碳纖維的用量比鋼材少得多。

碳纖維重量僅為200-300g/m2，約為3mm厚鋼板的1/100，幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重，不會引起結(jié)構(gòu)的連鎖補強。

根據(jù)有關資料，在弱酸環(huán)境中，經(jīng)過一萬次的凍融循環(huán)，干濕交替，一定光照時間，70℃熱水中浸泡30天等作用下，碳纖維的耐久性能、抗腐蝕性能、耐老化性能均無降低，疲勞強度仍保留80％。

4.2 碳纖維工程技術(shù)經(jīng)濟性能評價

與傳統(tǒng)的加固技術(shù)相比，碳纖維加固砼技術(shù)具有良好的經(jīng)濟性能，雖然表面上看，碳纖維材料價格相對要高一些，但實際用于加固工程時，其綜合造價卻較低。碳纖維加固工程不需要大型施工機具和輔助機械，節(jié)省了臺班費用；碳纖維屬于輕質(zhì)柔性材料，易于施工，降低了人工費用；碳纖維具有良好的耐腐蝕性能，不需要定期維護，節(jié)省了維護費用；當碳纖維批量使用時，其材料價格也不斷下降。

5 結(jié)論

碳纖維材料在結(jié)構(gòu)加固工程中的應用越來越廣泛，在已有的加固方法中，碳纖維材料以其優(yōu)異的力學性能，簡便的施工工藝與良好的效果得到普遍認同。

碳纖維補強加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)作為一種技術(shù)含量高的建筑物補強加固方法，具有很高研究，推廣價值和社會經(jīng)濟效益。

參考文獻：