国内外碳纤维生产现状及发展趋势
碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种含碳的有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得的较高纯度碳链。碳纤维具有十分优异的力学性能，是目前已大量生产的高性能纤维中具有高的比强度和高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要结构材料(金属及其合金)所无法比拟的。碳纤维呈黑色，坚硬，具有强度高、重量轻等特点，是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度是钢的7.9倍，抗拉弹性模量高于钢。除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、X光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。
我国自20世纪60年**始碳纤维研究开发至今已有近40年的历史，但进展缓慢，同时由于发达国家对我国几十年的技术封锁，至今没能实现大规模工业化生产，工业及民用领域的需求长期依赖进口，严重影响了我国高技术的发展，尤其制约了航空航天及国防事业的发展，与我国的经济社会发展进程极不相称。所以，研制生产高性能、高质量的碳纤维，以满足和民用产品的需求，扭转大量进口的局面，是*前我国碳纤维工业发展的迫切任务。
一、生产方法
目前，工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。碳纤维生产就是不断除去杂质元素（主要为H、N、O、K、Na），减少缺陷，净化、重整碳链的过程。从粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化，碳化收率低，技术难度大、设备复杂，成本较高，产品主要为耐烧蚀材料及隔热材料所用；由沥青制取碳纤维，原料来源丰富，碳化收率高，但因原料调制处理复杂植筋胶植筋的造价相对较低：以应用植筋技术的框架柱与填充墙之间的拉结筋（Φ6mm）为例。经过使用情况调查，每公斤结构植筋胶可植近100根拉接筋，目前虽然钢材价格飞涨,但是植筋所用结构胶成本每根约1．1元，由于植锚拉接筋工艺简便，一般操作工都可以施工，每个工日至少可植50～60根，每根钢筋综合成本也就在3元，与予埋件施工方法比相对便宜，而且钢筋位置准确。、产品性能较低，亦未得到大规模发展；由聚丙烯腈纤维原丝可制得高性能的碳纤维，其生产工艺较1994年，PC技术规准研究委员会成立，共3个分委会，其中之一是耐久性向上分委会，该分会于1997年制定了“PC桥耐久性向上的设计、施工手册（草案）”，并于2000年正式出版“PC桥耐久性向上手册”，分设计－施工篇和维持－管理篇，设计－施工篇是为了提高新建PC桥的耐久性而在材料、设计、施工等方面提供政策方针；维持－管理篇是针对既有PC桥的检测、劣化情况的评价和判定、修复补强等给出对策。其它方法简单，而且产品的力学性能优良，用途广泛，因而自20世纪60年代问世以来，取得了长足的发展，成为*今碳纤维工业生产的主流。
与聚丙烯腈基碳纤维相比，沥青基碳纤维发展相对滞后。1987年9月日本三菱、旭化成建成了年产500t高性能沥青基碳纤维装置，这标志着沥青基碳纤维已处碳化收缩：大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形称为碳化收缩。由于各种水化物不同的碱度，结晶水及水分子数量不等，碳化收缩量也大不相同。碳化作用只在适中的湿度（50％左右）才发生。其速度随二氧化碳浓度的增加而加快，碳化收缩与干燥收缩共同作用导致表面开裂和面层碳化。干湿交替作用并在二氧化碳存在的空气中混凝土收缩更加显著。于工业化过渡的新阶段。沥青基碳纤维的炭化收率比聚丙烯腈基高，原料沥青价格也远比聚丙烯腈便宜，在理论上这些差别将使沥青基碳纤维的成本比聚丙烯腈基碳纤维低。然而要制得高性能碳纤维，原料沥青中的杂质等必须完全脱除，沥青转化为中间相沥青，这使得高性能沥青基碳纤维的成本大大增加。实际上高性能沥青基碳纤维的成本反而比聚丙烯腈基碳纤维高。故目前于只追求性能而不计王新友用密实度等表征混凝土内部结构的参量,通过大量试验建立了有关混凝土材料的力学性能与耐久性能之间关系的模型,当使用常规试验方法测得抗压强度等常规力学性能后,利用此模型就可以计算混凝土的耐久寿命;尝试用系统论方法研究温凝土的耐久性,提出的基于动态可靠性的方法,对钢筋混凝土柱的耐久性分析做了一些初步的探索,但考虑的因素有限,还难以应用于实际结构的设计。成本的极少数如宇航部门使用。
聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。在生产聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的时候，被称为“母体”的聚丙烯腈纤维首先要通过聚合和纺纱，然后将这斜板间胶结，面上附粘一条钢板当加荷至混凝土梁破坏荷载，附粘钢板与上横板胶结处开始崩脱，其原因与斜粘钢板时相同，特别是横粘一条钢板后，裂缝上端的斜板长度更短，更易崩脱，斜板与横板间的粘结应力不足以有效阻止斜板沿交接面外法线方向向外崩脱。些母体放入氧化炉中在200到300摄氏度进行氧化。另外，还要在碳化炉中，在温度为1000到2000摄氏度间进行碳化制成碳纤维。
尽管碳纤维生产流程相对较短，但生产壁垒很高，其中碳纤维原丝的生产壁垒是难中之难，具体表现在碳纤维原丝的喷丝工艺、聚丙烯腈聚合工艺、丙烯腈与溶剂及引发剂的配比等。目前世界碳纤维技术主要掌握在日本的东丽公司、东邦Tenax集团和三菱人造丝集团，这三家企业技术严格保密，工艺难以外露，而其他碳纤维企业均是处于成长阶段，生产工艺在摸索中不断完善。
注射式植筋胶