时间：2023-11-29 04:26:01
论文摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。
一、碳纤维的性能
1.1分类
根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。
1.2性能
碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大4-5倍，弹性回复l00%；(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。
1.3应用领域
由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。
二、生产工艺
通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体—原丝—预氧化丝—碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法(干法和湿法纺丝)。
2.1干喷湿纺法
干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条，纺出的纤维体密度较高，表面平滑无沟槽，且可实现高速纺丝，用于生产高性能、高质量的碳纤维原丝。
干喷湿纺装置常为立式喷丝机，从喷丝板喷出的纺丝液细流经空气段(干段)后进入凝固浴，完成干喷湿纺过程；再经导向辊、离浴辊引出的丝条经后处理得到PAN纤维。
离开喷丝板后的纺丝液细流先经过空气层(干段)再进入凝固浴，干段很短，但对凝固相分离和成纤结构有着重大影响，在空气层，挤出的纺丝液细流中的溶剂急速蒸发，表面形成了薄薄致密层，细流进入凝固浴后可抑制双扩散速度；由于在喷丝板出口处产生膨胀效应，靠细流自身的重力以及牵伸力向下流动，然后经干喷湿纺的正牵伸可使胀大部分被牵伸变细后进入凝固浴；凝固浴采用低溶剂质量分数配比和低温凝固，低溶剂质量分数配比可加大溶剂与细流之间的质量分数差，加速扩散；低温可抑制扩散速度，利于沉淀结构致密化、均质化，最终纺出的原丝和所制碳纤维表面较平滑而无沟槽。
与纯湿纺相比，干喷湿纺可纺出较高密度且无明显皮芯结构的原丝，大幅提高了纤维的抗拉强度，可生产细特化和均质化的高性能碳纤维。
2.2射频法
PAN原丝经过预氧化(200～350。C，射频负压软等离子法)、碳化(800～1200。C，微波加热法)到石墨化(2400～2600。C，射频加热法)，主要受到牵伸状态下的温度控制。在这一形成过程中达到纤维定型、碳元素富集，分子结构从聚丙烯腈高分子结构—乱层的石墨结构—三维有序的石墨结构。
国内有自主知识产权的“射频法碳纤维石墨化生产工艺”开辟了碳纤维生产的创新之路，它采用射频负压软等离子法预氧化PAN原丝，接着用微波加热法碳化，最后用射频加热法石墨化形成小丝束碳纤维。
三、碳纤维的发展
3.1国外发展
以PAN碳纤维为例，该纤维国际上研发已有30年左右，目前世界碳纤维的生产能力在3.4～3.8万吨左右，主要集中在日本、英国、美国、法国、韩国等少数发达国家和我国台湾省。日本三家以腈纶纤维为主要产品的公司（东丽、东邦以及三菱人造丝公司）依靠其先进的纺丝科学技术，形成了高性能原丝生产的优势，大量生产高性能碳纤维，使日本成为碳纤维大国，无论质量还是数量上都处于世界前三位，三大集团占据了世界75%以上的产量。
3.2国内发展
我国聚丙烯腈基碳纤维的研究开发始于20世纪60年代，当时由于碳纤维作为重要的军工产品，国外对我国进行严格技术封锁，使得当时我国聚丙烯腈基碳纤维基本上以自主研究开发为主。1976年中科院山西煤化所建成第一条聚丙烯腈基碳纤维中试生产线，生产出高强I型碳纤维，其产品性能基本达到日本东丽公司的T200。继而从“六五”开始试制高强Ⅱ型碳纤维(相当于T300)，但到目前为止产品性能指标仍未达到T300标准。吉林石化公司在采用硝酸一步法生产原丝的基础上，研究开发出性能基本接近T300的碳纤维，但该法对环境污染较大，因而现已放弃。由于种种原因我国碳纤维发展缓慢，表现为生产规模小、产品质量不稳定、产品规格少、品种单一、没有高性能产品、技术设备落后，大多没有形成规模效益，这些成为制约我国碳纤维发展的瓶颈。
近些年来，随着我国整体实力的不断提升，对碳纤维的需求量也与日俱增，而我国碳纤维现阶段大部分依赖进口，2004年全国碳纤维用量为4000吨，国内实际产量仅为1O多吨，而且无论是质量还是规模与国外相比差距都很大。另据估测2009年我国碳纤维需求将达到7500吨，这表明我国碳纤维严重供不应求。尽管目前国际社会碳纤维的制造技术与产品对华出口有所松动，通用级碳纤维进口渠道已经开通，但高性能碳纤维对我国依然限制。
近年来，由于我国对碳纤维需求的日益增加，聚丙烯腈基碳纤维又成为国内新材料业研发的热点，如上海石化公司准备采用NaSCN一步法生产数千吨PAN基原丝。上海星楼实业有限公司拟建立400吨/年大丝束碳纤维生产线，上海市合纤所采用亚砜两步法研制和小批量生产PAN基原丝以及碳纤维，上海碳素厂也有小型碳化线及碳纤维下游产品。安徽华皖集团(原蚌埠灯芯绒集团公司)建立500吨/年PAN原丝和200吨/年碳纤维生产线，其PAN原丝采用亚砜一步法，技术由国外引进，产品以12K的T300级碳纤维为主，并准备引进成熟的预浸料生产线。广西桂林市化纤总厂拟建200吨/年碳纤维生产线，产品为3-12K的小丝束碳纤维。山东天泰碳纤维有限责任公司将建立400吨/年生产线，碳纤维性能为T300级水平，产品以12K为主。青岛化工学院高分子工程材料研究所(恒晨公司)将建立50吨/年左右的碳纤维生产线。江苏扬州与中国科学院山西煤炭研究所也计划合作建立高性能聚丙烯腈原丝和碳纤维的生产中试基地。吉林石化公司放弃了以前采用硝酸一步法生产原丝的技术，与北京化工大学合作承担了国家“九五”科技攻关项目，共同研究开发二甲基亚砜法高性能聚丙烯腈原丝生产技术，并将充分依靠自己的技术建立500吨/年原丝和200吨/年碳纤维生产线。兰化集团化纤厂已有100吨/年原丝生产线和预氧化生产装置，计划配套碳化装置生产碳纤维，原丝采用NaSCN一步法，该厂的腈纶生产线是我国从国外最早引进的，有丰富的生产经验和技术积累。吉林碳素厂是我国小丝束碳纤维生产基地，已向用户提供50余吨小丝束碳纤维。目前，该厂正在建立新的小丝束碳纤维生产线，扩大产量，以满足市场需求。此外，山西榆次化纤厂是我国唯一用亚砜一步法生产PAN基原丝达数十年的单位，目前仍在生产。大连兴科碳纤维有限公司已建成380吨/年生产线，是目前我国唯一实现碳纤维产业化的企业，位居大陆首位，并在世界排名第十一，据专家评价该公司实际拥有年产量800吨的生产能力，产品各项技术指标已经达到国外同类产品先进水平。
3.3存在问题和差距
一是国内PAN碳纤维总生产能力较小，实际生产量仅30～40吨/年，远远不能满足国内的需要（约5000～6000吨），目前我国95%的碳纤维依靠进口；二是与国际先进水平相比，国产碳纤维强度低（仅相当于东丽公司已基本决定淘汰的T300水平），均匀性、稳定性差（强度、模量、线密度的CV值均为国外产品的一倍以上），毛丝多（断头率为国外产品的6倍），品种单一且价格昂贵（为国外产品的1.5～3倍），发展水平总体落后发到国家近20～30年；三是厂家、装置规模小，技术设备落后，经济效益差。
四、产业分析
4.1世界碳纤维市场
4.1.1世界碳纤维扩产加速
2003年以前碳纤维基本供大于求，属于买方市场，当时工业用普通模量级12K碳纤维价格仅12美元/公斤，但到了2004年形势突变，碳纤维一下子由买方市场变为卖方市场，价格一路攀升，2005年翻了好几倍，2006年更是处于有价无市的情况，这给碳纤维厂家带来了难得的发展机遇。从2004年开始全球碳纤维厂家兴起了一轮扩产热潮。
日本东丽集团公司
2004年4月陆续开始了一系列扩产项目，见表5。
2004年4月12日宣布日本Ehime扩产2200吨/年，2007年1月开始运转。
2004年4月14日宣布法国Soficar扩产800吨/年，2007年10月开始运转。
2004年4月26日宣布美国CFA扩产1800吨/年，2006年初开始生产。
2008年还将分别在日本和美国各扩产1800吨/年。
2008年东丽公司碳纤维产能将达到17500吨/年，差不多是2005的两倍。计划到2010年，东丽公司全球碳纤维市场的占有率要从2004年的34%提高到40%。2005年东丽还和波音公司协议，今后17年内东丽将提供29亿美元的碳纤维(主要是T700)给波音公司，用于B-787的生产。
日本帝人东邦集团公司
东邦集团紧随其后，从2004年8月开始进行了一系列收购和扩产计划：
2004年8月31日宣布收购美国Fortfil全部3500吨/年大丝束碳纤维生产线，将其改造成700吨/年小丝束，1700吨/年预氧化纤维，保留1300吨/年大丝束碳纤维。2006年4月15日东邦决定在日本Mishima投资大约1亿美元(10.7billionyen)，扩大碳纤维生产能力2700吨/年，到2008年4月完成。
2008年东邦集团碳纤维产能11800吨/年，其中小丝束10500吨/年。大丝束1300吨/年。总产能仍居世界第二，见表6。
日本三菱人造丝集团公司
日本三菱集团也加快了扩产步伐，从2005年到2007年，3年内碳纤维产能将增加72%，接近或赶上东邦的产能，见表7。
2005年4月，宣布增加日本生产线产能2200吨/年；2007～2008年完成。
2005年l0月，宣布三菱和SGL结成碳纤维联盟，三菱提供技术和原丝，在SGL苏格兰生产线生产碳纤维，2006年二季度开始生产，三菱的回报是500～700吨/年碳纤维。
2005年底计划完成美国Grafil扩产500吨/年的任务。
2008年三菱集团碳纤维产能将达到7900～81O0吨/年。由于三菱碳纤维此前尚未取得适航认可，只能用于工业和体育休闲用品，公司努力争取2005年取得AirbusA380认可，使其碳纤维在宇航工业得到应用。
表
此外，中国台塑集团2005年5月24日宣布扩大碳纤维产能，从1850吨/年增加到2950吨/年，2006年12月完成。
美国Hexcel公司2005年11月16日宣布在西班牙马德里附近建碳纤维厂，另外美国犹塔工厂也增加碳纤维生产线，产能增加大约50%，即从2270吨/年增加到3300吨/年，2006～2007年完成。目标很明确，针对A380、A350和B787对碳纤维的大量需求。
Zoltek公司2006年1月3日报告，希望碳纤维产能从2006年的4080吨/年增加到2007年8620吨/年。从2004年l2月l6日开始和世界最大的风能厂家Vistas等协议，为他们提供风电叶片用大丝束碳纤维。
美国Cytec公司准备耗资超过l0亿美元建立新的碳纤维生产线，目前在选址和设计选择，计划2009年开始工作。
4.1.2碳纤维供需状况将趋于缓和
根据表9和图1、图2对碳纤维产能和需求的预测分析可以看出，2005年全球碳纤维供小于求，按ChrisRed的预测缺口约2000吨，Toray预测缺口近3000吨，中国台塑预测缺口也有约1000吨，这就是2005年碳纤维紧张的说明。2006年虽然碳纤维厂家纷纷扩产，其供应量应较需求量大，但是扩产部分要到2006年底或2007年初才能上市供应，且超过部分有限，仍不能满足用户要求。因此2006年碳纤维供应仍然紧张。2007年以后全球碳纤维产量将明显增加，扩量部分陆续上市，供应量显著超过需求量，供需矛盾得到缓解，紧张状况将会所改变。
4.2中国碳纤维市场
（1）需求增长快。我国碳纤维现阶段绝大部分依赖进口，2004年全国碳纤维用量为4000吨，2005年用量约5000吨，年增长率在20%以上，到2009年将达到7500吨/年，而国内现有产量仅约40吨左右，无论质量和规模与国外相比差距都很大。
（2）产能瓶颈明显。我国除了华皖碳纤维及少数科研院所具有完整的产业链外，绝大部分企业仅仅具有部分碳纤维及其制品的生产工艺。安徽华皖碳纤维有限公司目前已经顺利完成200吨碳纤维及500吨碳纤维原丝的生产装置的安装，2007年还计划开工建设800吨碳纤维及1800吨碳纤维原丝二期项目。
（3）生产效益大。如果按丙烯腈1.3万元/吨的销售价格计算，大体可以测算出碳纤维原丝及碳纤维的生产成本，分别为4.4万元/吨、18万元/吨。一般情况下，军工级碳纤维（3～6K）的售价在200万元/吨左右，民用碳纤维（12K）售价为55万元/吨，可见碳纤维的盈利空间还是非常可观的。
五、发展对策和措施
近年来，中国复合材料产业有了很大的进步，已成为碳纤维复合材料应用大国。但是我国大陆碳纤维长期依赖进口，受治于人，面对当前严峻的形势，必须采取行之有效的措施。
（1）坚持自主创新是发展我国碳纤维的唯一出路。碳纤维是军需战略物资，是国防建设、先进武器不可或缺的关键材料，不可能也不应该长期依赖进口。15年前美国国防部就下决心民用碳纤维可以从国外进口，国防工业所需的碳纤维必须国内自行生产。中国更不能长期从国外进口国防工业所需要的碳纤维。德国、法国虽然也生产碳纤维，但是碳纤维的核心原丝技术牢牢掌握在日本人手中，至今德国和法国得不到PAN原丝技术。因此中国不可能引进国外先进的碳纤维制造技术，只能自力更生，依靠自己，别无出路。
（2）坚持应用中改进提高是碳纤维发展的科学规律。
（3）产、研、用密切配合是提高国产碳纤维性能的有效途径。
1实验
1．1实验材料碳纤维布:威海拓展纤维有限公司生产，W-3011;去离子水:实验室自制;H2SO4:分析纯，98%;KClO3:分析纯，99%。
1．2改性处理85℃下，用10%KClO3+40%H2SO4混合溶液对碳纤维布进行氧化处理，氧化时间分别为0min，30min，60min，120min。加热条件下，液相氧化剂发生的化学反应为:2KClO3=2KCl+3O2;KCl+H2SO4=KHSO4+HCl。将氧化后的碳纤维布用去离子水洗涤至中性，用烘箱烘干，进行表面结构表征及性能测试。1．3实验方法采用JSM-6700F场发射扫描电镜观察纤维表面形貌，测试电压5．0kV。采用labRam-1B型拉曼光谱仪测试改性后碳纤维表面结构，He-Ne激光器，功率4．3mW，波长632．8nm，分辨率1cm－1，时间50s。测试时，使用激光束照射其中一根单丝，每个样品取不同位置进行多次测试，取平均结果，采用Origin软件进行数据分析。碳纤维的红外光谱(FTIR)谱图在BrukerAlpha型红外光谱仪上测定，采用KBr压片法进行测试，扫描范围400～4000cm－1，扫描64次，分辨率为4cm－1。不同改性处理碳纤维的纤度、强度和断裂伸长率分别在XD-1性纤维细度仪和XQ-1型纤度强伸仪上进行测试，拉伸速率5mm/min。
2结果与讨论
2．1纤维表面物理状态传统的黏结理论认为基体表面不规则性有利于黏结剂填入，固化后黏结剂和基体表面发生咬合而固定，同时提高表面粗糙度会增加真实的黏结面积，黏结强度亦随着表面粗糙度的提高而增加，所以纤维的表面沟槽状态会对界面强度产生影响［10］。图1是液相氧化改性处理前后碳纤维的表面形貌。从图1可以看出，经过液相氧化处理之后，纤维表面被刻蚀，在结晶缺陷部位产生凹槽，并且纤维表面的沟槽随处理时间的延长而逐渐加深，这表明经过表面改性后CF表面波纹度增加，比表面积增加，可以提高纤维的吸附活性，有利于复合材料界面的机械黏合。同时在图1c中可以发现:混酸处理120min后，纤维表面未被严重刻蚀产生孔洞，表面存在剥离现象，说明碳纤维表面被氧化程度较大。
2．2纤维微观结构的拉曼光谱分析图2表征的是不同处理时间对应的碳纤维拉曼光谱图。从图中可以看出，处理前后碳纤维的一级拉曼序区内均存在两个明显的谱线，即1350cm－1附近代表无序结构的D线和1585cm－1附近代表石墨结构的G线。D线属于石墨微晶的A1g振动模式，而G线属于石墨晶格面内C—C键的伸缩振动，振动模式为E［11，12］2g。从图2可以看出，D峰和G峰的峰位没有发生变化，这表明表面处理之后，纤维的本体结构没有发生变化。采用Gaussian-Lorentz混合函数拟合，对图2中各个实验曲线进行分峰拟合，拟合曲线(图2中的a曲线)示意图如图3所示。在D线左边低波数一侧，约1250cm－1的肩峰称为D″线，D″线在玻璃碳和炭黑等材料中被认为是脂肪结构或类烯烃结构中C—C键的伸缩振动，或是类金刚石微晶结构的sp3键振动引起的［11］。G线较高波数一边约1500cm－1附近的肩峰称之为D'线，D'谱线通常被认为是由无定性碳或某些有机官能团的存在引起［13］。鉴于G峰和D峰的物理意义，通过计算代表无序结构的D谱线与代表石墨结构的G谱线的积分强度比R来表征碳纤维中sp2杂化碳原子的相对含量，即石墨化程度(表1所示)［12］。一般R值越小，碳纤维石墨化程度越高［14］;R值越大，表明无序程度越高，碳纤维表面存在的石墨微晶越小，表面不饱和的碳原子数目越多。从表1中可以看出R值随氧化处理时间延长而变大;相对于未处理的碳纤维，液相氧化处理120min后，R值提高了约45%。这是因为碳纤维属于乱层石墨结构，也具有显著的皮芯结构，在其表皮层结构致密，取向度高;芯部排列紊乱，折叠褶皱多，孔隙多。在表面处理过程中，致密的表层经过氧化刻蚀，碳网平面端部的不饱和碳原子被氧化［15］，表层大的石墨微晶被刻蚀为细晶，晶粒边界的活性增大。
2．3纤维表面化学结构一般来说，碳纤维经过混酸表面处理之后，纤维表面的活性官能团主要有羧酸(—COOH)、内酯(—COOR)和酚羟基(—OH)。这些含氧基团能提高碳纤维表面活性，使其与树脂的相容性更好［6］。图4是处理前后碳纤维的红外谱图。可以看出，经过混酸处理后，红外谱图中在3446cm－1附近出现吸收峰，这是—OH的特征峰。另外随着混酸处理的进行，在1749cm－1处出现了羧基(C=O)伸缩振动的吸收峰。这表明:混酸处理能够增加CF表面活性官能团，降低CF表面惰性，增加树脂对纤维的浸润。这是因为碳纤维表面碳碳之间是以共价键连接，表面处理时，酸能够刻蚀表面的石墨乱层结构，使大的石墨层断裂，氧化边缘以及棱角处的不饱和碳原子，因此表面的酸性官能团有所增加。
2．4纤维单丝力学性能为明确液相氧化处理对纤维力学性能的影响，本研究对纤维单丝的力学性能进行了测试。表2列出了纤维的纤度、断裂伸长率和抗拉强度。从表2可以看出，随着改性处理时间延长，纤维的单丝纤度变化不明显，强度和断裂伸长率均有所下降，在60min之前强度下降幅度较小，但当处理时间为120min时，断裂伸长率和抗拉强度明显降低。这是因为纤维表面的缺陷部位被刻蚀之后会成为力学薄弱点，可以承受的拉力较小，容易发生断裂。因此，表面处理时间较长，虽可使纤维表面粗糙度增大，碳纤维微结构的无序程度提高，表面不饱和碳原子数目增多，有利于提高材料的界面结合强度，但是对纤维的本体损伤较大，强度明显降低，液相氧化处理60min和120min后，抗拉强度分别降低约15%和50%。因此，需要合理控制氧化时间以避免纤维的力学性能严重降低。
3结论
碳纤维可以使用ergo.1510丙烯酸结构胶-碳纤维粘接专用胶水，这一组由两种成分组成的在量具内混合的胶粘剂是用改良的和胺基甲酸酯封端的丙烯酸酯制成的，它们结合了两组物质的最佳优点。
碳纤维（carbonfiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
（来源：文章屋网 ）
上车前先研究电脑
在赛道试RC F碳纤维版之前，我们年初已经在北京山路上试过普通版的，当然我也看过BBC “Top Gear”中Jeremy把RC F评价到一无是处，所以我是带着怀疑的态度来试RC F的。RCF的外观真的是各人所好，它在赛道奔跑的姿态也是挺有气势的，碳纤维版的套件包括来自LFA工厂的发动机盖、车顶和由TRD制造的尾翼，比起金属材料总重量降低10kg，分别是在发动机舱盖、车顶和尾翼降低了3.5kg、6kg和0.5kg的重量。
但上车后面对那个复杂仪表盘，我有点不知所措――当你选择Eco、Normal、Sport S和Sport S+不同模式时，仪表显示的内容会完全不一样，RC F的性能表现也会完全不一样。不仅如此，陪驾教练还告诉我后轴上主动扭力分配差速器TVD还有Standard标准模式、Slalom弯道模式和Track赛道模式三种。最后我问教练：“能够关闭车身动态稳定系统VDIM吗？”教练回答：“你想关闭到哪一级呢？我们有普通、运动、专业和完全关闭4级可供你选择。”我脑子里马上闪过Jeremy对RC F不满的画面。
但我还是得大赞RC F这个充满科技感的仪表盘，它比对手们要酷太多了，可能是它让我想起了LFA。再说雷克萨斯的内饰设计和做工从来没有让人失望过，看起来比对手们精致很多，特别是那个专属的椭圆形方向盘和一体化成型的运动座椅，非常有感觉。其实RC F的界面熟悉一下操作并不繁烦，麻烦的是太多电子系统来处理各种驾驶情况，你怎么知道电脑的设定是不是你想要的那种？这才是问题的关键所在。
启动那副5.0L V8自然吸气发动机，没有期望的宏亮排气声，其实它用Sport S+模式在赛道里激走时的声音是很不错的，有着那种大排量自然吸气V8天生的好嗓子，我听过RC F GT3在纽博格林测试的视频，那种声音真迷人。不过在中低速行驶时RC F没有这种待遇，估计你晚上开着它去酒吧街，排气声比不上C63 AMG和M3那样引起女孩子的兴趣。
不是纯粹的赛道机器
雷克萨斯真的很执着，即使是下赛道与对手比拼，它还是让RC F 搭载了17个来自Mark Levinson扬声器音响系统，还有一大堆豪华配置，我不知这些东西会增加多少重量？但我知道有一个大麻烦，RC F碳纤维版的车重高达1840kg，比四轮驱动的奥迪RS5还要重20kg，比后驱宝马M3足足重了200kg。
但很奇怪，车重的问题在实际驾驶中并没有变得恶劣，在北京金港赛道的2、3号连续下坡弯，全油门通过一点问题都没有，悬挂总在压上路肩和下跌高度时把车身托得稳稳的，执着的日本工程师是把RC F放到纽博格林赛道，那条被称为“绿色地狱”的高低起伏的赛道修练出来的悬挂设定。这么重的车身过弯一定很慢吧，转向不足的情况会很严重？但又不会，在4、5号弯发夹弯，在入弯的时候你是感觉到车重的笨重，但在弯中并没有明显的转向不足，出弯时候你也可以放心地大油门，慢弯中RC F转向不足的问题比同样车重的四驱奥迪RS5要好许多。当然RC F后驱在弯中是比四驱要灵活的，而且不要忘记RC F还有TVD。在北京金港这种有很多慢弯的中型赛道，把TVD放在Slalom弯道模式就再好不过，但要跑全场圈速，最好还是放在Track赛道模式，Track模式会加强在高速弯中稳定性。
不过在慢弯和直路末全力刹车的时候，你还是能感觉得到RC F 超过1.8吨的车身还是有点胖了，那些电子系统和6活塞的Brembo刹车在努力地与这个胖子对抗。
RC F在慢弯中没有赚到好处，但在出弯速度和高速弯时优势却非常明显，其中优势就在那副5.0L V8发动机。RC F的油门响应速度是同级车里最快的，快得我简直不相信它是自然吸气和8AT变速箱――在Sport S+模式下出弯时轻压下油门，发动机的声浪马上跳高了一级，吓得我马上把脚尖缩了回来，相信我真的是以很轻的力度去踩油门了！难道这就是钛合金气门效果？
如果说RC F最大的魅力，就是那种把大排量自然吸气V8经过高科技打造后，再经过完美调校，所J发出来的那种强大的、又可以随心所欲所掌控的扭力；还有越来高转越恐怖、但又诱人去试探的马力，这些都是非涡轮增压所可以媲美。
你需要理性选择吗？
我试过这个级别的不少车型，例如奥迪RS5、奔驰C63 AMG、上一代宝马M3等，开过后才明白什么叫“鱼与熊掌不能兼得”，要做到这么极致的性能，必定是牺牲掉舒适性的，就连一向舒适的奥迪都很害怕遇到减速带。但雷克萨斯RC F有点不一样，它不是要打造一辆纯粹的赛道机器，赛道可能会慢对手一点，因为它不肯放弃雷克萨斯式的豪华舒适。
RC F是留给懂得“思考”的人去购买。在中国的道路上，你真会在乎赛道上快那么1、2秒的成绩？或者选择一辆日常驾驶非常豪华舒适，但性能又能紧跟对手、还能享受对手没有的大排量V8轿跑车？理性的人还会想到，买一辆这样高性能的车保养起来肯定是不少花钱的，那么RC F还能提供4年10万公里的免费保养，算一下这会为你省下多少钱？
据美国行业媒体《复合材料世界》报道，2005年，全球碳纤维市场仅为9亿美元，而今年可望达到或超过100亿美元，到2022年，它可望达到400亿美元，因此全世界的行业专家都争先恐后地争夺这块新兴市场大蛋糕。碳纤维复合材料的应用将进入全新的时代。
美国各大相关公司都迫不及待地向全世界拓展碳纤维市场。现有的和新创办的制造公司都急切地寻求自身的市场定位。美国道化学公司已将欧洲公司扩展至土耳其，并且产能翻番，声称要成为世界碳纤维老大，引领世界碳纤维技术潮流。日本帝人公司已在印度开设复合材料联合企业，专门开发新型碳纤维织物、强化材料和体育用品。印度复合材料业因此年产值在过去5年中以每年20%的速度递增，并且还在继续上升。
据美国彭博媒体披露，近年来全世界碳纤维极度膨胀的缘由是，碳纤维已开始大量应用于汽车、航空航天、航海领域。日本东京人造纤维公司由于涉足汽车工业，三年内年销售额已达250亿日元，其中碳纤维产能提升比例很大。而德国SGL集团碳纤维公司介绍，他们已完成收购一家葡萄牙碳纤维联合企业。其目的只有一个，即确保碳纤维原材料的供应。除此之外，许多大型跨国企业开始急速转产，原来专业生产丙烯酸的企业也开始转为生产碳纤维材料。
目前，通用和福特汽车公司都已拟定，将用碳纤维材料取代现有的钢材零配件，德国宝马汽车公司甚至宣布，他们已开始制造全碳纤维车体和电动汽车电池。宝马公司第一代碳纤维电动车已进入测试阶段。
碳纤维材料的特征是坚固、轻便和耐用，应用范围极为广泛，已远超传统钢铁的使用范畴。欧美日都在加紧开发新型碳纤维技术。据美国《近日碳纤维》介绍，澳大利亚碳纤维市场仅占全世界1%，但该国不甘寂寞地投入巨资创建了世界上最先进的碳纤维集群工业带，即Carbon Nexus。他们打算向全世界提供有关碳纤维的各类技术和装备。澳大利亚为吸引全世界最先进的碳纤维技术，专门确立了开放理念，吸引了大量碳纤维人才的计划。澳洲迪金大学创建了一系列碳纤维制造模式，包括回收、系列加工等先进技术。
出现上述趋势的原因是，全世界碳纤维工业已初见端倪，在诸多行业大显身手，如航空航天、模塑制造、计算机、通信、油气储藏、发动机材料、海洋防护、替代能源、汽车、装备制造、探矿、石油钻探、铁路运输、工程机械、桥梁、离岸油气、高压舱、医疗、核离心机与飞轮、体育与休闲、滑雪滑冰、球拍制造、自行车、海洋、乐器等等。最为实用的是，碳纤维材料的应用将涉及我们生活的方方面面，甚至假肢制造，无不出现碳纤维的身影。并且，近年来的碳纤维发展最显著的特征是，技术化与低成本。碳纤维的发展越来越具有可持续性。这就是为什么全世界的复合材料企业都竞相角逐这一领域的原因。
尽管碳纤维产品的开发如火如荼，全世界发达国家和非发达国家都在竞相研发，但碳纤维的全球市场化与商业化远不如人意。碳纤维制造商需要不断地增加市场容量，改变观念，并进一步承诺实现市场化商业化思路，尽快在全球普及碳纤维的使用范围，挖掘应用潜力，开发新型的产品和低成本技术，联合制定整体的未来发展蓝图。
关键词：PAN碳纤维 复合材料 应用
The Current Status and Development Trend of PAN Carbon Fiber
Zhao Xiao-li ,Wang Li-juan
Xi’an Carbon Materials Company Limited, Xi’an, Shaanxi 710025, P. R. China
Abstract: The research current status and development trend of PAN carbon fiber in home and abroad were introduced mainly.
KeyWords: PAN carbon fiber, the research current status and development trend
PAN碳纤维是一种新型非金属材料。它一般不单独使用。多作为增强材料加入树脂、金属、陶瓷，混凝土等材料中构成复合材料。碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、传热和热膨胀系数小等优异性能。既可以作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用。因此，近年来碳纤维的应用发展十分迅速，在航空、航天、汽车、风力发电、建筑、电子、体育运动器材等领域得到了广泛的应用[1-2]。
一、发展现状
1.国外发展现状
1959年聚丙烯腈碳纤维首先由日本的进腾昭南研制成功，1963年英国皇家航空研究中心在纤维处理过程中施加张力进行牵伸，制得高性能碳纤维。1967年日本东丽公司结合英美的技术，于1971年建成12t/a的生产线，20世纪80年代，碳纤维生产工艺不断改进，性能得到了迅速提高，30多年来，东丽公司开发出了系列碳纤维，如高强型碳纤维T300、T400、T700、T800、T1000；高模量石墨纤维M40；高强高模型碳纤维M40J、M50J等，代表了国际领先水平。目前实验室已经能够制得9.03GPa的碳纤维，但是距碳纤维的理论强度180GPa还有很大的差距。
世界上聚丙烯腈碳纤维的生产，目前已经分化为以美国为代表的大丝束碳纤维和以日本为代表的小丝束两大类[3]。日本东丽Toray、东邦Toho、三菱人丝Mitsubishi、德国SGL、美国Hexcel、Cytec和Zoltek是世界七大碳纤维制造商。表1为碳纤维生产商按丝束分类及产能列表[4]，从表1中可见，小丝束与大丝束产能比大约为 3:1。
如表1所示，国际上六大碳纤维生产厂家虽然采用不同的工艺路线，但都可生产出相当于日本东丽T700/T800的碳纤维。尤其是Hercules公司采用硫氰酸钠(NaSCN)为溶剂,可生产出中模高强型碳纤维IM7、IM8等，大量应用于美国的军事工业。这说明工艺路线并不是碳纤维质量的决定性因素，也不是碳纤维落后的主要原因。
碳纤维的生产销售占全球碳纤维市场总和的78%，垄断并左右着全球市场，占据小丝束碳纤维产业界霸主的地位。表3东丽公司碳纤维产品及性能列表。
日本是小丝束碳纤维生产大家，并于1980年末期扩展至法国、美国、德国、英国等，合作建立子公司。美国的两大碳纤维公司Cytec和Hexcel，于1980年中后期通过和日本进行技术交流和合资，建立了千吨级碳纤维生产线。目前，军工用小丝束碳纤维90%都由日美两国掌握，全面限制对中国的出口。
2008年全球碳纤维的需求量为3.5万吨，预计到2012年全球碳纤维的需求量将为5.65万吨，专家预测世界碳纤维产量以每年7.7%左右的速度增长，但碳纤维消费的增长更快，达10.2%。因此，在2012年前，国际碳纤维仍是供不应求的局面。表4 2007-2010年全球PAN基碳纤维的生产商及产能预测。
2.国内发展现状
我国于1962年开始研究PAN基碳纤维，几乎与日本同步。1962年4月中国科学院长春应化所李仍元研究员和沈阳金属所张名大研究员开始协作碳纤维研制，金属所以粘胶丝为原丝，长春应化所以PAN为原丝，1966年起吉林化学工业公司合成树脂厂也加入了PAN基原丝的研制。1975年11月，由原国家计委和国防科委在北京联合召开了我国
第一次碳纤维会议，简称“7511”会议，会议目的是研究解决导弹、火箭、飞机、卫星等急需的防热材料和结构材料，首先要解决XXXX型号头部急需的防热材料。“7511”会议制定了我国碳纤维及其复合材料10年发展规划，在国产碳纤维的发展上具有历程碑的意义。
1976年，中科院煤化所建成我国第一条PAN基碳纤维扩大试验生产线，国内称为高强I型碳纤维（相当于T200）。我国1980年开始研制高强II型碳纤维（相当于T300），先后有上海合成纤维研究所、吉化研究院合成树脂厂、吉林炭素厂等建成中试生产线。表5总结了国内碳纤维厂家原丝及碳纤维研制和技术水平情况，可看出国外所采用的溶剂体系国内都有研发，但由于条块分割的体制、投资严重不足和分散、重视实验研究而忽略工程化等种种原因，碳纤维的研制未取得实质性突破。这说明溶剂体系也不是目前我国碳纤维水平整体落后的主要原因，装备对技术的实现能力、工艺控制与实现能力、质量检测与保证能力是制约我国碳纤维工程化技术水平的主要因素。多年来，国产碳纤维仍徘徊在T300以下的水平，存在纤维性能低、毛丝、性能分散大、质量不稳定等问题；且无表面处理技术，仅能用作烧蚀材料。而且关键的原丝技术仍依赖于进口（先是英国考陶尔兹，后是日本旭化成，美国Cytec），只能满足国内少量的军工行业烧蚀材料的需求，其余工业应用和高性能的结构复合材料应用碳纤维则需要大量进口。
[关键词]碳纤维复合材料；特性；应用
1、引言
碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，主要作为增强材料与树脂、金属、陶瓷等基体复合制成结构材料，其比强度、比模量综合指标在现有材料中是最高的，力学性能颇具优势，所以被广泛应用于各个领域。
2、碳纤维材料的特性
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特殊纤维，由含碳量较高、在热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的，其含碳量随种类不同而异，一般90%以上，不仅具有一般碳素材料的特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，但仅依靠碳纤维片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片粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密结合才能达到补强的目的，具体具有以下特性：
（1）沿纤维轴方向有很高的强度，碳纤维的拉伸强度为2～7GPa，约为钢材的10倍，其树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为230～430Gpa亦高于钢，经应力疲劳数百万次的循环试验，其强度保留率仍有60%，而钢材为40%，铝材为30%，玻璃只有20%～25%，所以所取安全系数为最低，但碳纤维的径向强度不如轴向强度，剪断强度弱，耐冲击性差；
（2）非氧化环境下具有突出的耐热性能，可以耐受2000℃以上的高温，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大；
（3）外形有显著的各向异性、柔软，可加工成各种织物、毡、席、带、纸及其他材料；
（4）热膨胀系数小，变形量小，结构尺寸稳定性好；
（5）具有极好的纤度，一般仅约19g，密度约为1.5～2g/cm3，比重比铝还要轻，重量约为钢材的1/5，比强度却是铁的20倍；
（6）耐腐蚀性好，碳纤维的成分几乎是纯碳，而碳又是最稳定的元素之一，除强氧化酸以外，能在各种有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，不存在生锈问题；
（7）耐磨性好，与金属对磨时，损耗很少，可制成高级的摩擦材料。
3、碳纤维在各领域的应用
据报道航天飞行器的重量每减少1Kg，就可使运载火箭减轻500Kg，所以在航空航天工业中争相采用先进复合材料，由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，因其比重小、刚性好和强度高而成为火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备中必不可少一种先进材料。将碳纤维复合材料应用在战略导弹的弹体和发动机壳体上，可大大减轻重量，提高导弹的射程和冲击能力；碳纤维应用在舰艇上可减轻结构重量，增加舰艇有效负载，从而提高运送作战物资的能力；在飞机上大量应用碳纤维环氧复合材料能够减轻重量、节省燃油、降低排放、减少温室气体的排放；用碳纤维制作的耳机重量轻、强度好，既能减轻头部压力，又提高了人员佩戴的舒适性。
在土木建筑领域，碳纤维也应用在工业与民用建筑物、铁路、公路、桥梁、隧道、烟囱、塔结构等的加固补强，具有密度小、强度高、耐久性好、应变能力强、抗腐蚀能力强的特点，可耐酸、碱等化学品腐蚀， 柔韧性佳。用碳纤维管制作的桁梁构架屋顶， 比钢材轻50%左右， 使大型结构物达到了实用化的水平，而且施工效率和抗震性能得到了大幅度提高， 碳纤维做补强混凝土结构时， 不需要增加螺栓和铆钉固定， 对原混凝土结构扰动较小， 施工工艺简便。
在运动休闲领域中，像球杆、钓鱼竿、网球拍、羽毛球拍、自行车、滑雪杖、滑雪板、帆板桅杆、航海船体等运动用品都是碳纤维的主要用户之一。体育应用中的重要应用为球棒和球拍框架，全世界40%的球棒都是由碳纤维制成的，全世界碳纤维钓鱼杆的产量约为每年2000万副，网球拍框架的市场容量约为每年600万副，碳纤维还应用在划船、赛艇等其它海洋运动中。
日常用品中音响、浴霸、取暖器，远红外理疗产品等家用电器以及手机、笔记本电脑等电子产品都会应用到碳纤维。
4、结束语
由于碳纤维复合材料具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好、设计性好以及可大面积整体成型等诸多优点，已在航空航天、国防军工和民用工业领域得到广泛应用。据《2013-2017年中国碳纤维行业深度调研与投资战略规划分析报告》数据显示我国是碳纤维需求大国，2011年碳纤维市场规模达到6811.22吨，然而受供应不足的影响，国内碳纤维市场发展相对较为缓慢，预计未来几年，随着供应量的提升以及宏观经济的整体性好，我国碳纤维行业的需求量也将保持着较快速度的增长，不过国产碳纤维落后的技术却成为制约着我国碳纤维行业健康稳健发展的“拦路虎”，这直接导致我国碳纤维产品质量与进口产品之间的明显差距，也极大地限制了国产碳纤维产品在高端领域的应用，目前我国碳纤维产品在应用上集中于低端领域，在碳纤维质量要求较高的航空航天领域的应用比例仅为3%，远远没达到国际上碳纤维行业在航空航天领域应用占比的平均水平，而在质量要求相对较低的运动休闲用品领域，碳纤维的应用比例却高达80%左右，四倍于国际上碳纤维在运动休闲用品领域应用的平均水平，随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高碳纤维的生产工艺技术水平。
参考文献
[1]Doug Smock.准备迎接碳材料革命.美国 技术专题
[2]钱伯章，朱建芳.碳纤维复合材料在航空和汽车领域中的应用.中国 化学新型材料，2007-12-03
[关键词]碳纤维复合材料 桥梁 应用
中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0377-01
碳纤维复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳、性能可设计等特性。碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的10倍，弹性模量与钢材相当，高弹性碳纤维的弹性模量在钢材的2倍以上，施工性能与耐久性良好，已成为土木工程结构改造和增强的一种重要材料。据预测，到2016年我国碳纤维需求量约为13500吨，而在其能源、交通及工业应用领域约为 60%，其他航空航天、体育休闲各为20%。这说明了碳纤维复合材料在交通和工业领域的应用有着非常大的潜力。
一、碳纤维复合材料应用桥梁的原因
由于桥梁结构长期暴露在沿江沿海地区，环境腐蚀影响非常大，且承受多种活载作用（风荷载、交通荷载等）。在腐蚀和循环荷载耦合作用下，传统钢筋混凝土桥梁的耐久性能和安全性能问题突出，维护费用昂贵。中国科学院海洋研究所报道，全世界每年因海洋腐蚀导致的基础设施直接经济损失达到 7000 亿美元。同时，由于传统材料和设计施工缺陷，大跨箱梁桥的腹板开裂和跨中下挠问题，成为影响桥梁长期性能的关键因素。此外，随着桥梁跨径不断增长，传统斜拉桥钢拉索在千米级以上利用效率将明显下降，严重影响了桥梁的正常使用性能。以碳纤维为复合材料纤维布/板，碳纤维纤维复合索、网格、型材等在桥梁领域大量应用，成为结构抗震加固的重要手段。近年来，碳纤维复合材料成为解决传统钢筋混凝土桥梁结构存在的耐久性能与安全性能问题的重要途径之一。
二、碳纤维复合材料桥梁应用的途径
近年来，由于国内外碳纤维的快速发展，降低了碳纤维市场价格，这为碳纤维复合材料在基础设施领域的规模化应用奠定了基础。碳纤维增强树脂基复合材料已经在基础设施领域得到规模化的应用，如桥梁结构的加固与修复等。2012年我国碳纤维总用量为 12，000 吨，而用于桥梁结构加固修复的为总用量的 10%，达到 1，200 吨。传统的碳纤维复合材料在桥梁结构的应用主要为非预应力的碳纤维板、碳纤维布等的外粘结加固修复，而在碳纤维复合材料预应力加固及新建桥梁结构的应用尚未规模化应用。
1、碳纤维复合材料-混凝土组合桥面板的应用：这种应用可以充分发挥碳纤维复合材料的高抗拉强度与混凝土高抗压性能，并避免纯碳纤维复合材料桥面板初次投入大、刚度低、强度利用率低、易发生脆性破坏和局压破坏等缺点，被认为是最为有效的组合结构形式之一。上世纪 80 年代以来，许多专家多学者对碳纤维复合材料-混凝土组合桥面板的组合形式及其受力性能进行了大量研究，设计和分析了多种碳纤维复合材料-混凝土组合桥面板，其中一些已经在实际桥梁中得到了应用取得了较好的效果。
2、拉索桥梁中的钢拉索的应用：钢拉索比重大，在索承桥梁中拉索材料用量随跨度的平方增长，承载效率（外荷载集度/缆索自重集度）下降极快，拉索中的应力大部分用来平衡自身重量。因此，采用轻质高强的碳纤维复合材料拉索，将能有效提升拉索利用效率，提高桥梁的适用跨径，并实现高使用性能和耐久性等诸多优点。另外，对于体外预应力拉索梁桥，于传统钢拉索的耐腐蚀和疲劳问题，采用碳纤维复合材料拉索，将能从本质上缓和或彻底消除传统钢索的缺点，促进体外预应力结构体系向更大经济跨度发展。近年来，碳纤维复合材料拉索千米大跨斜拉桥的静动力、稳定性研究得到进一步发展，对于大跨悬索桥，国内外专家学者探索了不同跨度下钢拉索和碳纤维复合材料拉索悬索桥，表明 2500 米跨度以上碳纤维复合材料拉索将保持优越的经济性与实用性。
3、悬索桥/拱桥吊杆上的应用：一般情况下，吊杆设计使用寿命约为 20～30 年，在桥梁设计使用周期内需对吊杆进行多次更换，如果防腐工艺及后期维护水平不足，导致部分吊杆使用 10-15 年后即需要对腐病害严重的吊杆进行更换。钢丝锈蚀与疲劳应力的耦合作用是造成桥梁吊杆病害的直接原因；而钢丝锈蚀损伤是引起吊杆病害的罪魁祸首。而现有吊杆防腐工艺无法从根本上解决钢材腐蚀问题，极大限制了吊杆的使用寿命。如采用碳纤维复合材料代替钢材，可保证碳纤维复合材料吊杆较传统吊杆具有更长的使用寿命，可有效减少桥梁寿命周期内的吊杆更换次数，实现桥梁全寿命周期成本优化。
碳纤维复合材料吊杆由一定数量平行/半平行单向 CFRP 圆棒集束成索，其基本结构形式同钢丝吊杆相似。为确保吊杆能够真实环境中长期服役，要对碳纤维复合材料吊杆设计准则、工艺及高耐久性配套锚具研发、疲劳损伤检测技术及损伤机理、疲劳损伤监测及吊杆在不同交通荷载等级下疲劳寿命、吊杆锚固区局部弯曲引起的径向剪切疲劳应力等等方面进行深入的系统研究，然后进行实践才能达到预期的效果。
目前，我国低性能碳纤维复合材料拉伸模约为钢材 60%，无法保证桥梁在活载下的刚度要求，影响行车舒适性及主梁弯曲疲劳应力幅值大小及分布；但以等刚度设计则导致材料使用效率低下，提升吊杆造价。因此将强度、刚度设计作为碳纤维复合材料在吊杆设计的上、下限，同时考虑吊杆在不同应力水平下疲劳寿命及造价等因素。
碳纤维复合材料吊杆制索工艺及配套高耐久性锚具研发是保证吊杆正常工作的最为关键的部分。由于碳纤维复合材料各向异性的特点，导致材料在运输、集束成索及安装过程中极易发生损伤。纤维复合材料特点，使得普通锚固体系不再适用。国内外公司针对此类材料性能特点，推出多系列锚具及配套注浆设备，如，机械加持型、粘结型、握裹粘结型等等。其中，握裹粘结型锚具依靠锚杯内部环氧类填料粘结作用以及直筒内锥的锚体结构所提供的内挤效应，其锚固效率高于粘结型，且在锚固段内填料对材料横向剪压效应远低于加持摩擦型，适用于锚固多束纤维复合棒材。
研究碳纤维复合材料在桥梁结构的创新性应用，不仅能够促进国产碳纤维复合材料在交通领域的规模化应用，同时能够提高我国桥梁结构的使用寿命与性能。
参考文献
[1] 咸贵军、李惠《复合材料土木工程应用与耐久性》，湖北林业厅主办，2010，121-126.
[2] 中国产业研究报告网，《我国碳纤维产能分析及需求预测》2012.2.23.