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2025

碳纤维性能的优缺点及其对策

碳纤维性能的优缺点通过其他加固材料对比：
　　（1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢材的10倍。
　　（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：碳纤维和芳纶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。
　　（5）与碳纤维板的比较：碳纤维片材可以粘贴在各种形状的结构表面，而板材更适用于规则构件表面。此外，由于粘贴板材时底层树脂的用量比片材多、厚度大，与混凝土界面的粘接强度不如片材。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）。

　　随后，一些厂家相继加入碳纤维生产行列。据不完全统计，目前，我国已有12家生产规模大小不一(5〜800吨/年)的PAN基碳纤维生产厂家，合计生产能力为1310吨/年，产品规格为IK、3K、6K、12K。但由于一些企业没有原丝可烧,实际国内碳纤维的总产量不足 40吨/年，而且产品质量不太稳定，大多数达不到T300水平。可喜的是从2000年开始我国碳纤维向技术多元化发展，放弃了原来的硝酸法原丝制造技术，采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。目前利用自主技术研制的少数国产T300、T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。

　　碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维除用作绝热保温材料外,一般不单独使用,多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。

　　碳纤维是军民两用新材料,属于技术密集型和政治敏感的关键材料。以前，以美国为首的巴黎统筹委员会(COCOM),对当时的社会主义国家实行禁运封锁政策• 1994年3月，COCOM虽然已解散，但禁运封锁的阴影仍笼罩在上空，先进的碳纤维技术仍弓I不进来，特别是高性能PAN基原丝技术，即使我国进入WTO ,形势也不会发生大的变化。因此，除了国人继续自力更生发展碳纤维工业外，别无其它选择。

　　目前世界碳纤维产量达到4万吨/年以上，全世界主要是日本东丽、东邦人造丝和三菱人造丝三家公司以及美国的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA三家公司，以及德国SGL西格里集团，韩国泰光产业，我国台湾省的台塑集团,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。目前在袓国大陆还没有一个年产100t的规模化碳纤维工厂，大多还处于中试放大阶段。值得一提的是我国台湾省的台塑集团,在80代年中期从美国Hitco公司引进百吨级碳纤维生产线，经消化、吸收和配套后得到迅速发展，台塑产量增加很快，但碳纤维质量的提高幅度并不大。

　　我国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。多年来进展缓慢，但也取得了一定的成绩。进入21世纪以来发展较快，安徽华皖碳纤维公司率先引进了500吨/年原丝、200吨/年PAN基碳纤维(只有东丽碳纤维T300水平），使我国碳纤维工业进入了产业化。