《碳纤维（最新6篇）》由精心整编，希望在【碳纤维】的写作上带给您相应的帮助与启发。
11月初的兰州略带一丝凉意，湿漉漉的路面上停着几辆正在工作的洒水车。据说这是政府改善空气质量的新举措——用洒水来除尘。
这个办法效果还不错。从没干过的街道，让兰州在9月份全国重点城市空气质量状况排名上跃居第六，老百姓自然拍手称快。
然而，同是兰州人的郝相国却高兴不起来。身为甘肃郝氏碳纤维有限公司创始人之一，他正在为第二条年产能200吨的碳纤维生产线何时开工而殚精竭虑。时下，刺骨的行业秋风让他思考更多的是如何“过冬”。
“12K的我们卖350元，你嫌贵还是买进口的吧。”在挂掉一个采购商的询价电话后，郝相国对《中国经济和信息化》记者解释，这样的电话每天都有很多，但基本没有谈成的。“我报的都是亏本的价格，但市面上同样的进口产品只要100多元。”他的脸上满含着无奈。
这并非郝相国一个人的无奈，而是一座所有碳纤维生产企业无法逾越的大山。目前，我国碳纤维的生产存在着原丝质量不过关、生产成本高、生产线规模小和产品质量差等诸多问题。以12K的碳纤维产品为例，国外产品当前市场销售价格大约在150元～220元/千克，而很多国内企业的生产成本都比这个还高。
国外碳纤维巨头低价竞销的策略让国内碳纤维企业迅速陷入全行业亏损的泥沼。同时，超过八成的进口依存度，更是让他们心惊肉跳地游走在生与死的悬崖边缘。
这些巨头主要集中在日本、美国等少数发达国家，其中日本的东丽、东邦人造丝、三菱人造丝三大集团，就垄断了全世界78%的产量。
觊觎中国碳纤维市场这块大蛋糕的何止日本。前不久，土耳其本土黑马Aksa公司在短期内生产出的碳纤维更是以110元/千克的售价抛向中国市场。“这是绝对的倾销。”国家碳纤维工程技术研究中心主任徐华告诉《中国经济和信息化》记者，“这个价格比我们能算出来的160元/千克的理论生产成本还要低。”
被冲击得支离破碎的市场背后，正是中国碳纤维产业化的缺失。10月份，在宁波举行的全国碳纤维产业发展大会上，徐华就曾坦言，我国碳纤维生产企业并没有真正地抱团发展，形成自己的产业。虽然踉跄地走完了10多年的产业化之路，但如今又再次站在了十字路口。
郝相国对此感同身受。作为这一切的见证人，他目睹了新兴产业时的巅峰，也经历了全行业亏损的低谷。他所在的郝氏企业——全国首家碳纤维民企——在这场碳纤维产业化试错道路上备受磨难，不仅在20多年的碳纤维之路上没挣到一分钱，还要在内耗与围剿中挣扎求生。
有人对郝氏企业存活至今倍感意外，也有人笑称这是适者生存。深谙游戏规则的郝相国并没有马上给出答案。但整个郝氏企业的生存之路，却足以给中国碳纤维乃至新材料产业敲了一记警钟。
门外汉的抉择
大多数碳纤维生产企业最初都是门外汉，他们的跨行业转型源自一条消息——“碳纤维以后能挣大钱”。郝相国也不例外。
郝氏企业是由来自兰州的郝氏三兄弟一同创建的，郝相国排行老三。在进入碳纤维领域之前，由于家境贫寒，三兄弟高中毕业后就跟着父亲学手艺，一起做起了制毡生意，勉强维持生计。
1988年制毡厂成立后，一个偶然的机会，父亲所在单位接到当时兰州炭素厂一个项目——给碳纤维领域的一个产品做配套。这让郝相国对碳纤维开始有了模糊的认识。
正式成为卖“碳”翁是在1994年。“那时许多客户和专家来和我们说，搞碳纤维以后能挣大钱。”在郝相国的记忆里，当时对碳纤维的理解只能用“啥也不懂”来形容。
一听到能挣大钱，再加上制毡厂效益一般，不免让郝氏三兄弟红了眼。年轻气盛的他们并没多想，立即把当时的全部家当砸了进去，甚至还借了一部分高利贷，全国首家民营碳纤维企业由此诞生。
万事开头难，公司成立之初就遇到了***烦。当时国内做碳纤维的都是吉林炭素厂（下称吉炭）、兰州炭素厂等几大国有企业，并没有可以直接复制的民营生产模式。在向这些国企提出上门参观学习被以“军工项目”为由拒绝后，心灰意冷的郝相国突然觉得这个行业似乎并不友好。
既然不能上门，就把他们请来。辗转反侧数夜之后，郝相国利用换位思考，很快就抓住了这次为今后发展奠定基础的良机。
虽然当时几大国有企业都有碳纤维项目，但真正做出产品的只有吉炭。郝相国不断观察发现，碳纤维企业之间存在一条沟通交流的鸿沟，导致每个企业的专家都憋着一股劲，能力不能得到充分发挥。如果把这些专家聚在一起，既能进行头脑风暴博采众长，又能实现他们的科研理想，可谓一箭双雕。
不久，瞅准机会的郝相国便以私人名义把专家们请到兰州，仅用时一年半，全国第一条包括工艺和设备在内的民营碳纤维生产线就在当地投产。相比之下，国企5年以上的投产时间，效率相形见绌。
郝相国的成功，立刻引来一批企业家们的跃跃欲试。1999年，国家要大力支持发展碳纤维的消息在内部流传开来，无疑，这让早已被吊足胃口的他们想要从碳里掘金的欲望变得更加强烈。
2001年1月，两院院士师昌绪给时任国家领导人写了《关于加速开发高性能碳纤维的请示报告》，重新点燃了中国碳纤维的发展之炬。尤其自2007年起，短短几年间，碳纤维工厂如雨后春笋般拔地而起，一场跑马圈地的争夺战随即硝烟弥漫。
一时间，全国各地宣称产能超过1万吨/年的项目先后陆续开工建设，部分地区的政府和企业甚至不惜巨资，在碳纤维产业已整体陷入困境的情况下，还在密集上马新项目。
然而，很多地方宣称的产量并没有兑现，沦为“雷声大、雨点小”的业内笑柄。截至2012年，我国已经建成的碳纤维产能在10000吨左右，而真正的产量却只有2000多吨。这仅有的20%的产能利用率，正是我国碳纤维行业产业化技术还远远没有过关的真实写照。
“国内好多企业的产业化进程，都没有进行前期铺垫，直接跳到最后一步，并且大都引进国外的装备和技术，根本没有形成自己的技术。”徐华坦言。
方大炭素新材料科技股份有限公司（下称方大炭素）就是一个典型的“门外汉”。中国炭素行业协会秘书长孙庆告诉《中国经济和信息化》记者，方大炭素早在前年就投入了一条碳纤维生产线，采用德国引进的设备，但由于没有相关方面的生产经验和人才，最终导致产品难产。
对于这种情况，方大炭素似乎并不甘心，继今年年初收购控股股东方大集团持有的抚顺方泰精密碳材料有限公司100%股权之后，9月26日，他们在碳纤维领域再度发力。根据公司当日刊登的公告，公司拟通过北京产权交易所参与受让中钢集团江城碳纤维有限公司70%股权，交易标的挂牌价格为7205.77万元。
作为过来人，郝相国对这样的收购并不看好。虽然方大炭素可以抽调部分骨干进行亡羊补牢，让原本停产的生产线重新启动，但这显然不是企业发展的长久之计。“只能解决暂时的问题。”
在这场式的碳纤维产业极度扩张过程中，国内企业几乎完全忽视了前期准备工作，所以才导致如今“用一条生产线去做试验”的尴尬局面。在徐华看来，这并非碳纤维产业的特有病症，其实国内很多产业也都是拿来主义，但“碳纤维是个高科技产业，一般的传统材料还可以应付，而碳纤维产业仅靠拿来主义根本解决不了实际问题”。
敌人从来不会等你全副武装好以后才开始进攻，碳纤维行业当然也不例外。就在国内碳纤维生产企业到处还都充斥着形象而神不像的生产线时，国外碳纤维巨头悄然杀至。郝相国意识到，一场激烈的厮杀已经在所难免。
卖身还是被击垮
“我们只害怕中国的民营企业。”这是在拒绝被一家日本企业收购后，郝相国第一次听到对方的心里话。
谈判桌上的场景至今仍印在郝相国的脑海。“1997年，我们的产能才35吨，实际产量也就17吨，但我们产品的合格率很高。当时日本的东丽和三菱都开出了5000万的买断价格。”
5000万元在当时算是一笔不小的费用。“那时候有种民族自豪感，直接就拒绝了。放到现在，可能就卖了。”从略带调侃的语气中，不难读出郝相国对目前碳纤维产业的一丝失望。
拒绝卖身之后，危机接踵而至。不久，日本几大巨头就采用低价倾销的手段对国内企业进行围剿。“当时国外倾销给我们的都是三流产品，但没有任何办法，只能忍受。”郝相国眼睁睁地看着诸多企业最后以“丢了市场而倒下”的悲剧离场。当时因为利益驱动而选择卖身的企业家们，也只能亲眼目睹自己创建的碳纤维厂轰然倒地。
“对方的目的只有一个，就是不让中国发展碳纤维。”郝相国难掩心中的愤怒。
其实，早在1984年，当时的上海碳素厂就试图引进美国Hitco碳化设备，最终被美国国防部否决。与此同时，世界各知名碳纤维公司均囿于“巴黎统筹条约”限制，不转让技术、不出售设备，只有英国RK公司同意出售大丝束预氧化炉和炭化炉。
吉林化学工业公司经过多轮谈判、考察，最终购买了一些碳化设备及相应测试仪器。1990年经多次试车，预氧化炉尚可，但炭化炉却始终开不起来。引进设备都不能正常运转，所谓的外国专家也无能为力，十几年后都当废铁卖了。
令人遗憾的是，20多年过去了，一些类似的老问题依然没能得到彻底解决。
兰州蓝星纤维有限公司（下称蓝星纤维）是中国化工集团下属企业，2008年在兰州投资建设年产3100吨碳纤维产业化生产线项目。该项目是国内规模最大的原丝和碳纤维一体化产业项目，总投资达16.8亿元，目前已完成投资14亿元，建成原丝产能5300吨/年，碳纤维产能1600吨/年。
在郝相国看来，蓝星纤维的生产线在技术上已经走偏。他们虽然购买了一家英国公司的整条生产线，甚至把国外工厂整体模式复制搬至国内，但至今仍没有像样的产品出来。“设备有问题，用生产1根丝的设备生产100根丝，效果能一样吗？现在不是引进国外的生产线就可以出产品的时代，国外卖给你设备，原料就会有问题，永远不会让你产出合格产品。”郝相国对国外的游戏规则十分熟悉。
当然，把碳纤维产业的所有问题都归结在“外因”上并不准确，“内耗”也是产业健康发展的一块绊脚石。
各自为战之殇
如果用一句话来形容中国碳纤维企业长久以来的关系，“老死不相往来”可能再适合不过了。
郝相国对这句话的理解颇为深刻。“十多年前，我们的想法是大家互相沟通抱团发展，但以失败告终。如今我们做起来了，骨子里也不太想和别人交流了。”郝相国的创伤源自企业成立之初，当时虽然被国有企业以各种理拒之门外，但他并没有放弃希望，直到再次走访了几家民营企业后，郝相国才开始觉得这简直是个不可能完成的任务。
碳纤维属于高端技术领域，仅凭这一条，就难免让企业之间心理防线不断升级。尤其在技术水平比较高的企业里，生怕别人偷学到一点东西。
心存戒备导致企业之间进入无交流模式，无论面对什么问题，都是各扫门前雪，自我感觉良好地闭门造车。
徐华早已对这种现象见怪不怪：“这里面不分国企和民企，大家都抢着想做中国碳纤维行业的老大。企业之间互相参观是绝对不允许的。在大家都不了解彼此的情况下，就导致企业都对自己的技术和能力过分自信，但其实每家技术都差不多。”
从技术层面看，由于多数企业依靠挖人战术，造成师出同门，技术水平和工艺路线处于同一档次，从而导致企业只能生产一个牌子的大路货。目前，全国碳纤维企业的所有产品种类加起来，还没有日本东丽公司一个企业的多。
郝相国越发意识到，在碳纤维领域要想混下去，还得靠自己。但1997年的亚洲金融危机和2008年的全球金融海啸，差点让郝氏企业从兰州消失。“当时一年多没有给员工开出过工资，好在他们没有离开，支撑我们发展到现在的中层骨干也是那批主动留下来的人。”郝相国没有掩饰自己的感激之情。
如今，正是依靠那批人才，郝相国将产业链发展至下游复合材料。这也是郝氏企业20多年发展能够活下来的重要原因。“我们选择做强下游，然后在倒推上游发展。目前没有市场，也不指望碳纤维挣钱，卖不出去我们自己消化。”郝相国如此规划。
然而值得注意的是，目前国家碳纤维专业技术人才已经出现断层，尤其是从生产一线锻炼出来的更是寥寥无几。郝相国虽然通过关系与好多学校和科研机构建立起产学研联合的方式培养人才，但效果并不明显。“培养10个能留住3个就不错了，大部分都转行了。”
一个新技术的诞生，产学研合作模式往往是通向成功的捷径。但并不是所有领域都适用，比如碳纤维。
“碳纤维领域合作十分困难，即便起初合作愉快，但到了一定程度后，名和利永远都放不下。”徐华的话可以简单理解为“可以共苦、不能同甘”。
按照正常情况来说，科研机构和企业的合作路径是，科研人员把技术研究出来后转让给企业，获得一部酬劳或者与企业共享科研成果，随后科研人员可以投入更多的精力放在后续研发上。但碳纤维行业存在一个残酷的现实，就是当研发进行到一定程度，企业就开始与科研单位争名夺利，甚至把科研机构踢出局。
这种普遍存在的现象无非带来两个结果：一个是企业从产业化建立到生产线投产，没有足够的技术人员作为支撑。另一个是倒逼科研机构自己找投资方开公司。这会导致我国碳纤维产业后续技术研发会逐渐削弱，技术人才把大部分精力都用在企业管理上了。
两种结果对中国碳纤维产业健康发展来讲，都是极其不利的。以郝相国20多年的治企经验来看，有些问题是骨子里的东西，很难改变。但在企业之间，他建议国家应该重点扶持几个企业，实现术业有专攻。“比如我们T700做得好，就专攻这个。吉炭T300做得好，就专攻那个。如果分工合作的话，很可能碳纤维企业的日子还好过点。”
没有交流是碳纤维产业的顽疾。但幸好这种观念意识之殇并非无药可医。今年，碳纤维及其复合材料产业技术创新联盟在京成立，徐华作为主要负责人，正在力求找到治病良方。
这与当年郝相国的出发点不谋而合，但能否真正地抱团发展，有时还要看上游化工行业的脸色。
原材料之困
真正的“内耗”还远不止炭素行业本身，有时候战火还会蔓延至上游化工行业。
郝氏企业的第一条碳纤维生产线建成时，产能利用率仅为30%左右，这主要是由于上游原材料在国内十分稀缺，而原丝的质量又决定了碳纤维产品的质量。“当时原丝只能通过第三方从国外走私进来，风险非常大。”郝相国为了企业生存，当时冒险下了决定。
仅进口原丝一种原材料价格就把碳纤维的生产成本抬高了一大截。这让原本就做亏本生意的郝相国彻夜难眠，“我们必须要有自己生产的原丝”，郝相国也曾暗下决心。
直到2003年，与山西一个原丝厂达成合作，郝氏企业才算勉强度过进口危机。但用惯了进口原丝的郝相国又开始为国产原丝的质量问题担忧起来。时至今日，原丝问题依然困扰着郝氏企业，他们不得不每年拿出收入的10%用于技术攻关，甚至考虑全盘收购山西这家原丝厂，进军上游产业链。
郝相国的想法多少有些被逼上梁山的味道。目前，国内存在着一种奇怪的现象：搞原丝的人似乎不太看得起腈纶工业的“粗犷”，而搞腈纶的人则觉得搞原丝的人“不懂工业”。我国拥有世界第二和第三规模的腈纶产业基地，也有很多科研单位与厂家小规模做出了类似T700和T800性能的原丝，但其产业化的进程十分缓慢。
这是一场炭素领域与上游化工领域的博弈。2005年～2006年，作为炭素行业协会秘书长，孙庆为了行业能摆脱原料瓶颈制约，曾多次跑过化工行业协会和一些化工企业。“碳纤维的发展的确很重要，我们也承认是原丝的问题制约了你们发展，但是要让我们下大工夫去搞技术攻关恐怕办不到，这点原丝的效益对我们来说是九牛一毛。”这是孙庆迄今为止听到次数最多也是最实在的回复。
在市场经济的大氛围下，企业以效益为中心无可厚非。令孙庆感慨的不仅仅是原丝的公关难题，其背后折射的体制问题更加让人深思。
中国新材料产业的发展也面临同样的问题。任何一种新材料产品，它所涉及的原料、生产过程和下游产品，都不是一个行业内部的事，而是需要多个行业共同协调发展。
在孙庆看来，国家新产品目录上的许多产品都很好，但实施起来都十分缓慢，明明知道是个前瞻性的好东西，但始终没人去落实技术攻关和组织协调。
没有优质原料如何生产优质产品，没有优质产品如何夺回市场？没有夺回市场何谈产业发展？被原丝卡住脖子的碳纤维产业就陷入了这个多米诺骨牌效应的怪圈。
在行业沉淀20余年的郝相国并非不知道问题的根源所在，但他现在能做的的确不多。
碳纤维产品不挣钱，除非通过规模扩张而降低生产成本。但扩张的钱从何而来？“我们现在就是在钱上卡住了。”缺钱少人的郝相国不得不将目光移向了赢利能力还不错的下游复合材料市场。
这可能是郝氏企业的唯一生路。碳纤维产业链每一级的深加工，都会产生高幅度增加值。业内有这样一种说法：如果生产碳纤维的利润是1，那么加工成预浸料后的利润是2～4，而加工成复合材料的利润将是4～8。
[关键词]碳纤维 现状 发展趋势
中图分类号：R220 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）10-0181-01
一、碳纤维简介和碳纤维的用途
碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。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最高的比强度和最高的比模量的纤维。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。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、光穿透性高、非磁体但有电磁屏蔽性等。
作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。从航天、航空、汽车、电子、 机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。
二、我国碳纤维发展历史
我国自20世纪60年代开始碳纤维研究开发至今已有近50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军工事业的发展，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，以满足军工和民用产品的需求，扭转大量进口的局面，是当前我国碳纤维工业发展的迫切任务。
三、碳纤维生产方法
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。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，成为当今碳纤维工业生产的主流。
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。
根据产品规格的不同，碳纤维目前被划分为宇航级（aerospace-grade）和工业级（commercial-grade）两类，亦称为小丝束（small-strand tow或small tow ）和大丝束（large-strand tow或 large tow） 通常把48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维。包括48K、60K、120K、360K和480K等。宇航级碳纤维初期以1K、3K、6K为主。逐渐发展为14K和21K主要应用于国防军工和高技术，以及体育休闲用品，像飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍等。工业级碳纤维应用于不同民用工业，包括：纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。
四、我国聚丙烯腈基碳纤维发展现况
我国从20世纪60年代后期开始研制碳纤维，历经近50年的漫长历程。在此期间，由于国外把碳纤维生产技术列入禁运之列，严格控制封锁，制约了我国碳纤维工业的发展。我国科技工作者发扬自力更生的精神，从无到有，逐步建成了碳纤维的工业雏型。 20世纪70年代初突破连续化工艺。1976年在中科院山西煤炭化学研究所建成我国第一条PAN基碳纤维扩大试验生产线，生产能力为2t/a。20世纪80年代开展了高强型碳纤维的研究，于1998年建成一条新的中试生产线，规模为40t/a。我国主要研究单位有中科院山西煤化所、上海合纤所、北京化工大学、山东工业大学、东华大学、安徽大学、浙江大学、长春工业大学等。面对国外在技术、设备、品种和性能等方面激烈竞争，迅速发展的局面。我国碳纤维生产处于起步阶段，与国外相比有很大差距。无论产量、质量均不能满足市场发展需求。目前制约我国碳纤维发展的首要原因是原丝质量不过关，其它原因还有生产技术及设备等。
五、我国碳纤维消费情况与需求
尽管我国碳纤维生产发展缓慢，但消费量却与日俱增，市场需求旺盛。主要集中在文体用品和航空航天方面，一般产业需求增长也比较迅速。国内碳纤维应用的主要领域有如下：
航空、航天及国防领域、飞机、卫星、火箭、导弹、雷达、体育休闲品、高尔夫
球、渔具、网球拍、羽毛球拍、箭杆、自行车、赛艇等新兴市场碳纤维基增强工程塑料、压力容器、建筑补强等。
国内PAN基碳纤维材料加工业已初具规模，有一定的技术基础和市场开发能力，市场需求比较旺盛，但碳纤维的生产远远不能满足市场需求，需大量进口。此外，考虑到我国碳纤维的应用还在不断发展，许多用途还有待开发我国碳纤维未来的潜在消费市场，对碳纤维的需求量将更大。因此，未来我国碳纤维的市场需求前景广阔，潜力极大。
六、发展趋势
碳纤维属高新技术，高附加值产品，具有其他材料不可比拟的优异性能，有广泛的用途和良好的发展前景，随着我国经济的持续快速发展碳纤维的市场需求与日俱增发展我国的碳纤维工业具有重大的现实意义和深远的历史意义。因此，针对当前现状，必须加快我国碳纤维发展进程。
关键词：碳纤维；加固；粘贴；桥梁结构；补强技术
中图分类号：TQ342+.742 文献标识码：A
自上世纪七十年代末初期，欧洲进行纤维增强复合材料（FRP）在土木工程应用研究以来，具有极好的比强度和比刚度、优秀耐腐蚀性的纤维增强复合材料已广泛用于混凝土结构的粘贴加固工程，形成了纤维增强复合材料补强加固已有混凝土桥梁的新技术，其中碳纤维增强复合材料（CFRP）应用更多。混凝土桥梁结构的粘贴碳纤维板技术在加固中具有不中断交通，且工期短，人工少的优点。所以扩展该项技术开展了配有大偏心CFRP体外束预应力混凝土连续梁桥体系应用研究，是本世纪新型桥梁建设方向之一。
1 碳纤维材料的基本特性
碳纤维增强复合材料补强加固所采用的基本材料是高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍固化的碳纤维板或未经树脂浸渍固化的碳纤维布，统称碳纤维片材。将片材用专门配制的粘贴树脂或浸渍树脂粘贴在桥梁混凝土构件需补强加固部位表面，树脂固化后与原构件形成新的受力复合体，共同工作。
1.1 碳纤维片材
片材碳纤维材料的拉伸强度在（2400～3400）MPa之间，与普通碳素钢板拉伸强度为240MPa相比，片材的拉伸强度很高。
片材碳纤维材料的弹性模量依片材力学性能不同，碳纤维片材依力学性能分成高模量、高强度和中等模量三类。高模量碳纤维片材的弹性模量较高，但其伸长率较低。
相比之下，碳纤维片材的单位重比钢材低许多，说明碳纤维片材较轻。碳纤维的化学结构稳定，本身不会受酸碱盐及各类化学介质的腐蚀，有良好的耐寒和耐热性。
1.2 配套树脂类粘结材料
混凝土结构加固修补配套树脂系统包括底层涂料，用于渗透过混凝土表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；油灰，用于填充整个表面空隙并形成平整表面以便使用碳纤维片材；浸渍树脂或粘结树脂，前者用于碳纤维布粘贴，后者用于碳纤维板粘贴。
浸渍树脂或粘贴树脂是将碳纤维片粘附于混凝土构件表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作的关键，因此，树脂同混凝土的粘贴强度大于混凝土的拉伸强度和剪切强度。
就公路混凝土桥梁用碳纤维片材加固技术而言，环氧树脂在不同施工环境温度下固化性能有十分重要的意义，因为这涉及到粘贴工作质量与如何尽量减少桥上正常交通中断时间紧密相关。采用专配的环氧树脂材料，在混凝土施工表面温度（10～40）摄氏度时，粘贴环氧树脂固化时间约15小时以上，但粘贴后就可以使用的时间为45分钟以上，专配的环氧树脂材料的这一性能是完全适合混凝土桥梁的加固工作。
2 碳纤维加固补强的施工工艺
2.1 根据设计确定粘贴碳纤维的范围进行基底处理
2.1.1 将砼构件表面的残缺、破损及碳化层部分清除干净，达到结构密实部位。检查外露钢筋是否有锈蚀，并进行必要的处理。对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分进行修补复原。
2.1.2 裂缝修补。缝宽小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。
2.1.3 将构件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修复后的段差尽量平顺。用磨光机把棱角磨成半径大于30mm的圆角。
2.1.4 清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。
2.2 底层涂刷（底层涂料具有较强的渗透性，可渗入砼表面内）
2.2.1 把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放人容器内，用搅拌器拌均匀，一次调和量应在可使用时间内用完为准。
2.2.2 用滚筒刷均匀的涂刷底层涂料。
2.2.3 底层涂料固化后，表面有凸起部分时要用砂纸磨光。
2.2.4 注意在气温小于5C，相对湿度大于85，砼表面含水率在8以上，有结露可能而无可靠保证措施时，均不得施工。
2.3 环氧腻子对构件表面残缺的修补
2.3.1 构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平，修复至表面平整。
2.3.2 内角（段差、起拱等）要用环氧腻子填补使之平顺。
2.4 贴碳纤维片。
2.4.1 为了防止碳纤维受损，在碳纤维片运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受弯折。贴片前应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断纤维片，每段长度一般不超过6rn。
2.4.2 碳纤维接头必须搭接10cm以上，横向不需搭接。
2.4.3 按规定比例掺配树脂主剂和固化剂，用滚筒刷均匀地涂刷黏结树脂，称为下涂。
2.4.4 贴片时，在碳纤维片和树脂之间尽量不要有空气，可用罗拉沿着纤维方向在碳纤维片上对此滚压，使树脂渗入碳纤维中。
2.5 养护
粘贴碳纤维片后，需自然养护24h达到初期固化，并保证固化期间不受干扰。
2.6 涂装
根据需要可在树脂固化后加固补强构件表面，涂刷耐火涂层和色彩。
3 碳纤维（片材）加固处理要点
在进行结构加固处理前，先对梁板采取有效地卸载和支顶措施，然后按以下施工工序进行加固施工。
3.1 破损面混凝土表面处理：清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层。
3.2 按设计要求对破损面钢筋处理后用M45的环氧树脂砂浆进行灌缝或封闭处理，并保证钢筋保护层厚度不小于15mm，利用打磨机将其表面打磨平整，并用钢刷将其表面的粉尘、油污等不洁物清除干净，使构件加固表面平整、干燥无粉尘。另外，如碳纤维需沿基纤维方向绕构件转角处粘贴时，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。
3.3 涂刷底层树脂：用专用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，待树脂表面指触干燥时即进行下一道工序施工。
3.4 找平处理：表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有菱角。
3.5 粘贴碳纤维片材：将配制好的浸渍树脂均匀涂抹于所要粘贴的部位，并用橡胶滚筒沿纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。多层粘贴重复上述步骤，待纤维表面接触干燥时即可进行下一层的粘贴。如超过60min，则应等12h后，再行涂刷粘结剂粘贴下一层。
3.6 在最后一层的碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。
4 对碳纤维加固补强技术的展望
碳纤维用于砼结构的修复补强虽然时间不长，但发展很快，其主要原因在于碳纤维片加固存在较多优点：
4.1 施工简便迅速，无需模板、夹具、支撑等。
4.2 不增加结构重量，碳纤维片重量200g/m～300g/m，设计厚度0.111mm～0.167mm，加上环氧树脂的重量也很轻，对结构自重影响可忽略不计。
4.3 能适应各种结构外形的补强。
4.4 可以多层粘贴。可根据设计要求，在一个部位重叠粘贴。
随着我国高等级公路的迅速发展，高速公路桥梁通车里程也在不断增长，桥梁由于各种原因造成承载力降低、混凝土强度降低或需要提高抗震能力和修补桥梁裂缝，都可以应用碳纤维布补强技术。
根据厚度密度要求，选择不同数量的碳纤，最后将碳纤维浸渍树脂后在模具内固化并连续拉挤成型。
碳纤维板 ：碳纤维加固补强单向板材，其成型工艺是将碳纤维浸渍树脂后在模具内固化并连续拉挤成型。采用优质碳纤维原料与良好基本树脂，碳纤维板材具有拉伸强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性等良好性能。
制成的碳纤维单向板材能充分发挥碳纤维的强度和弹性模量，在施工时可免除碳纤维单向织物的树脂固化阶段，强度利用效率高，施工方便。
（来源：文章屋网 ）
Ren Zhenhua
（Shanxi Yuncheng Road & Bridge Co.，Ltd.，Yuncheng 044000，China）
Abstract： With the development of China's economy, the requirement of highway and railway transportation. Bridge technology is an important link. From 1980s, China's bridge technology develops rapidly. But service, maintenance and repair and reinforcement technology, the main technological defect of China's highway and bridge, develops slower. This paper mainly discussed how to use techniques of reinforcing bridge with carbon fiber.
关键词：碳纤维 加固桥梁
Key words： carbon fiber；reinforce bridg
中图分类号：U44文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）19-0068-01
0引言
随着国民经济的不断发展，公路桥梁的建筑也越来越受到高度的关注，因为公路桥梁的建筑不仅关系物流的四通八达，也关系着人民的生命财产安全。就目前的情况而言，我国的公路桥梁建筑没什么大问题，但是在桥梁的保养、维修、加固及技术改造方面仍然有所欠缺，尤其是加固技术需要技术人员进一步的加强与改良。
1材料及其性能
将碳纤维材料用于混凝土结构建筑，加强建筑结构的加固修复，是近几年来新开发的一项技术，这项新技术的优点在于，他利用浸渍树脂，将碳纤维材料制成的补助构件，沿着受损混凝土构件的受力方向，亦或是垂直于受损构件的受力方向，牢牢粘贴在受损构件之上，因为碳纤维材料优秀的韧性，使之与构件充分结合在一起，共同工作，发挥作用，从而有效的起到对混凝土构件的加固加强。
在桥梁加固施工中，通常使用两种碳纤维材料，分别是碳纤维复合材料包括碳纤维布和粘接材料，下面我们来做一个简单的介绍：①碳纤维布，碳纤维布是目前桥梁加固技术中运用最为广泛的材料，碳纤维布弹性好，不易被拉扯断，强度高，可以承受受损构件带来的巨大压力，韧性好，可以有效弥补受损构件的功能，同时，单根纤维间强度变化小、在制造与处理过程中强度稳定并保持不变。②粘接材料，粘接材料的功能就是将碳纤维与受损的混凝土构件连接在一起，具有一个纽带的作用。所以，粘接材料是碳纤维与受损构件是否能够连接在一起的重要关键点，也是两者传力途径中的薄弱环节，因此，粘接材料应当具有足够的刚度与强度以及韧性，才能够有效保障碳纤维与受损混凝土构件之间的剪力的传递，也不会因为混凝土构件的开裂从而导致脆性粘接的破坏。
2碳纤维加固的主要特点
作为一种新型的高效桥梁加固技术，碳纤维加固技术具有以下的几个特点：①使用碳纤维加固与其它加固方法比较，碳纤维布加固技术因为碳纤维独特的强度与韧性不会再增加构件的承载压力，也不会进一步的扩大断面的尺寸，进一步说，碳纤维加固技术不会影响整座桥梁的结构外观，也不会减小桥下空间。②碳纤维加固技术施工十分简单，技术也并不复杂，所以不需要使用大型设备，而施工的工期也比较短，施工过程中，可以不受空间的限制，在碳纤维与受损构件的连接时，因为碳纤维布本身的柔性特点，所以碳纤维布可以与任何一种形状的受损构件进行连接，对其进行加固，成型非常方便。③在进行碳纤维布加固时，依据碳纤维布本身的刚度与强度，再通过环氧树脂等粘结材料与受损混凝土构件进行有效的粘结，从而不需要再额外设置锚栓或者是凿开混凝土，所以不会损伤原有完好的构件。④在进行碳纤维布加固时，由于碳纤维布本身柔性很好的特点，当他粘贴在受损混凝土构件表面的时候，能够有效封闭并连接受损混凝土构件表面的裂缝，并能强力约束混凝土结构裂缝的生成，阻止裂缝的进一步扩展。⑤在加固时，由于受损构件的老化，可能使用的碳纤维布也许不止一次，但是碳纤维布能够在同一个部位不断缠绕、重叠、粘贴，从而充分的满足构件的补强要求，将加固的效果达到最佳。
3碳纤维加固技术的计算
虽然碳纤维加固技术有诸多优点，但是在施工时也不能有半点马虎，必须经过严格周详的计算，才能够进行施工。
①碳纤维布虽然柔韧性极好，但也仅仅能在活载作用下承担一部分承载压力，所以，在施工前的计算时，应当根据相应的弹性模式比值，并且按照极限应力法来计算碳纤维布的应力状态。②碳纤维布在进行加固时，技术人员应当先对受损构件的截面进行假定：当受损构件弯曲后，他的截面仍然保持为平面，那么在加固时，粘贴的碳纤维布材料的拉力应变能力仍然按照截面假定计算进行确定，但是也不能够超过碳纤维布材料的容许拉力应变强度。③在碳纤维布的加固时，应当注意，钢筋应力等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但是不大于其设计的强度值，否则尽管碳纤维布的柔韧性较好，但是也无法承受巨大的压力。④在达到受弯承载力极限状态前，碳纤维片材与混凝土之间必须粘结可靠，不发生粘结剥离破坏。⑤碳纤维布加固混凝土结构的破坏模式较多，且与受拉钢筋间的相关性较大，需判定加固后构件的极限状态。
4结语
在世纪初，我国加入世贸组织后，公路运输、铁路运输行业变得越来越炙手可热，交通运输量的增长幅度，每年都有50%左右，高速增长的经济与运输量，迫使我们必须重视公路交通，因为公路交通在国民经济中的作用和地位越来越显著地为人们所重视，而与此同时，公路桥梁的建设也已经进入了大家的视线。
目前，我国桥梁建造技术已经进入了世界领先水平，但是很遗憾，我国对桥梁的维修并不是十分严重，以为建成一座桥梁，就可以一劳永逸，却不知这种想法大错特错。桥梁也有他的使用期限，也会老化，当桥梁出现损伤的时候，如果不能进行及时加固，则会加快桥梁的老化。所以，我们应当重视桥梁加固技术。
所以，我们必须尽快认识到碳纤维加固技术对于桥梁加固的重要意义，伴随着碳纤维修复和补强技术的不断深入的研究和进一步的发展，该项先进技术必将广泛为工程界所接受和采用，真正、有效地提高桥梁通行荷载及安全性能，为我们的公路工程建设服务。
参考文献：
[1]徐继红，卢丙灶，郭阳平。论碳纤维加固桥梁技术[J].应用技术，2009,(36).
[2]张逗。桥梁碳纤维加固技术研究。硕士学位论文，2007，(11).
[3]黄颖。碳纤维加固桥梁技术[J].公路交通技术，2005，(1).
[4]于泽友。碳纤维加固桥梁技术探索与研究[J].河北工程技术高等专科学校学报，2002，(1).
[5]樊丽辉，于泽友。碳纤维加固桥梁技术研究。第～届全国公路科技创新。 高科技论坛论文技术新设备卷。
[关键词] 碳纤维布；环氧树脂；加固；钢筋混凝土构件
一、 引言
在工业和民用建筑中，钢筋混凝土（RC）结构在长期使用中，由于设计标准偏低、使用载荷提高、环境化学因素引起的性能劣化等原因，一些钢筋混凝土构件需要加固的情况日渐增多，现已成为建筑结构安全评估和安全保障的重要环节。
在各种加固方法中，用碳纤维增强树脂（CFRP）布或板加固钢筋混凝土构件的方法，在20世纪80年代中后期美、日、欧等发达国家应用以来，现已在我国得到迅速的发展和普及。由于CFRP加固具有很好的比强度、比刚度、耐腐蚀、耐久性强、非磁性、重量轻、耐磨损、抗老化、施工方便和施工工期短等优点，所以现广泛应用于各类工程和民用建筑中。
二、 碳纤维布加固技术简介
碳纤维布加固技术是利用专用结构胶将碳纤维布粘贴在混凝土表面，形成复合结构，CFRP通过与混凝土之间协同工作，对构件或结构起到加固及改善受力性能的作用。
1. 碳纤维介绍
碳纤维是有机纤维在惰性气体中经高温碳化而成的纤维状的碳化合物。它是由沥青纤维、聚合物纤维或含碳气体制成。碳纤维根据原料及生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维产品包括PAN基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。
2. 环氧树脂
仅仅依靠碳纤维布本身并不能充分发挥其强大的力学特性及优越的耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维布粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能是重要的关键之一。
环氧树脂因类型不同而有不同的性能，适应于各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度；粘贴碳纤维布的环氧粘贴树脂易于“透”过碳纤维布，使其与混凝土结构有很强粘结力。碳纤维布工法中使用了底涂、腻子、浸渗粘着树脂等三种环氧树脂。
3. 碳纤维材料与其他加固材料对比
（1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为普通二级钢的10倍左右；
（2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一；
（3）疲劳强度：碳纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。
（4）重量：约为钢材的五分之一，厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面；
（5）与碳纤维板的比较：碳纤维布可以粘贴在各种形状的结构表面，而碳纤维板更适用于规则构件表面。此外，由于粘贴碳纤维板时底层树脂的用量比碳纤维布多、厚度大，与混凝土界面的粘接强度不如碳纤维布。
4. 碳纤维布的主要力学性能指标
抗拉强度标准值fcfk≥3000MPa； 弹性模量Ecf≥2.1×105MPa； 伸长率≥1.5%
三、碳纤维布加固技术在实际工程中应用
下面举二个我在实际工程中应用碳纤维布加固技术的例子：
1. 在瑞安市朝阳冷冻厂扩建工程中，由于业主要求把月台水箱处屋面标高由原20.200改为21.550，及消防水池改动，经PKPM软件计算复核原基础顶面至6.150标高段处E轴交13轴的柱子配筋不足，所以采用碳纤维布加固技术对已施工完毕此柱进行如下处理：
a. 被粘贴混凝土表面应打平整，除去表面杂质，直至完全露出混凝土结构新面；
b. 当碳纤维布沿其纤维方向需绕构件转角粘贴时，构件转角处要进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm;
c. 框架柱外贴400g/m2碳纤维布，如图一所示；
d. 碳纤维布两端应搭接或采取可靠连接措施形成封闭箍。碳纤维布条带的搭接长度不应小于150mm，且各条带搭接位置应相互错开。
e. 施工应满足《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》CECS 146:2003。
2. 在瑞安市肛肠医院门诊（办公）综合楼工程中，5轴交A-C轴、B轴交4-5轴以东3500mm两段二层梁在浇捣混凝土过程中由于支撑下沉而下弯，根据施工、监理单位提供梁下沉数据，做如下处理：(有三点同上例子a,b,f)
a. 梁外贴200g/m2碳纤维布，如图二所示；
b. 碳纤维布采用U形粘贴进行受剪加固， 在上端粘贴纵向碳纤维布压条；
四、 结束语
瑞安市朝阳冷冻厂扩建工程于2006年6月受业主委托进行加固，2007年初交付使用，至今使用状况良好。通过工程的加固设计体会到，用碳纤维布加固钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件，是一种行之有效的办法。
参考文献
[1] 碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程（CECS 146:2003）[S]. 北京：中国计划出版社，2003.
[2] 混凝土结构加固设计规范（GB 50367-2006）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2006.