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大网面积混凝土施工中控制裂缝的方法。为降低混凝土内部的水化热峰值，首先要从源头抓起，即控制骨料温度、入模温度和浇筑温度，对骨料温度可采取骨料预龙冷却方法，要降低骨料温度，首先应降低搅拌水的温度，可采用冰屑水搅拌，其次降低粗骨料温度，采用冲冷水预冷却或储料仓通风预冷却方法尽管混凝土结构（本文指钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构）具有较好的耐久性，但随着使用时间的增长，其材料性能逐渐发生退化，加上环境、设计、施工和维护等诸多因素的影响，不少混凝土结构在正常使用期内即出现耐久性劣化，特别是近十几年来，混凝土结构耐久性劣化现象尤为严重。，可大大筑降低混凝土的浇筑温度。浇筑温度的提高，对降低大面积混凝土内部最高温度极为不利，通过研究国内外施工实例，提出混凝土的浇筑温度控制在30℃之内，能够满足施工要求。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、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。 <在设计规范的编制中,?混凝土结构设计规范(GB500l0-2002)?[26]的第3章基本设计规定中新增加了''耐久性规定",包括结构使用环境类别的划分、对结构材料的性能要求(最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量、最大碱含量等)以及对有特殊要求的结构的专门措施,对混凝土保护层厚度按环境类别和混凝土强度等级给出了更严格更明确的要求;?地下工程防水技术规范?(GB50l08_200l)l27l及?海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范?(JTJ275_2000)[28]中对耐久性设计准则及质量控制都有了相应的说明。br />
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，国内外对于在役钢筋混凝土桥梁的可靠度研究比较完善，可靠度分析理论也较成熟，但关于加固后的钢筋混凝土桥梁可靠度的研究资料比较少。这三家企业技术严大体积混凝土温度裂缝产生的原因、机理,从交通市政工程的边界条件角度出发,分析温度场和温度应力,着重对大体积混凝土温度裂缝控制技术进行研究。结合黄陵至延安高速公路杜家河特大桥大体积承台的工程实例,制定温控方集,并通过现场施工监控,保证了施工的顺利进行和基础混凝土的质量。具体内容如下:通过翻阅大量的文献资料,总结了国内外大体积混凝土温度裂缝及其控制方法的研究及应用现状。总结大体积混凝土温度裂缝产生机理,分析温度裂络产生和发展的各种影响因素。给出大体积混凝土的温度应力计算及预测方法。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。
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