近日，上海交大宣布，該校化學化工學院的楊斌副教授經過5年技術攻關，成功開發了國內第一項擁有完全自主知識產權的碳纖維復合材料回收技術和裝備，已達到國際先進水平，填補了國內該領域的空白。
 

碳纖維復合材料
 

    與國際先進技術相比，該技術具有廢棄物處理前可保留大尺寸的特點，這樣既免除了廢棄物切割、粉碎的工序，更重要的是保持了再生碳纖維的足夠長度，提高了碳纖維再利用的價值。經過中國汽車技術研究中心重點調研及論證，本項技術作為國內唯一一項碳纖維復合材料回收再利用技術，已被增補到2015年《車用材料可再利用性和可回收利用性通用判定指南》“已驗證再利用技術清單”行業規范中，具有重要的產業應用前景，并為碳纖維復合材料在汽車上應用提供了必要的法規依據。

 

 

    碳纖維（carbon fiber，簡稱CF），是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內剛”，質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。

 

    碳纖維具有許多優良性能，碳纖維的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。

 

    碳纖維與傳統的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。

 

 

    碳纖維在傳統使用中除用作絕熱保溫材料外。 多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構成復合材料。碳纖維已成為先進復合材料最重要的增強材料。由于碳纖維復合材料具有輕而強、輕而剛、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結構尺寸穩定性好以及設計性好、可大面積整體成型等特點，已在航空航天、國防軍工和民用工業的各個領域得到廣泛應用。

 

 

    土木建筑領域：碳纖維也應用在工業與民用建筑物、鐵路公路橋梁、隧道、煙囪、塔結構等的加固補強， 在鐵路建筑中，大型的頂部系統和隔音墻在未來會有很好的應用，這些也將是碳纖維很有前景的應用方面。具有密度小， 強度高， 耐久性好， 抗腐蝕能力強， 可耐酸、堿等化學品腐蝕， 柔韌性佳， 應變能力強的特點。用碳纖維管制作的桁梁構架屋頂， 比鋼材輕50%左右， 使大型結構物達到了實用化的水平， 而且施工效率和抗震性能得到了大幅度提高。另外， 碳纖維做補強混凝土結構時， 不需要增加螺栓和鉚釘固定， 對原混凝土結構擾動較小， 施工工藝簡便。

 

 

    碳纖維是火箭、衛星、導彈、戰斗機和艦船等尖端武器裝備必不可少的戰略基礎材料。將碳纖維復合材料應用在戰略導彈的彈體和發動機殼體上，可大大減輕重量，提高導彈的射程和突擊能力，如美國80年代研制的洲際導彈三級殼體全都采用碳纖維和環氧樹脂復合材料。碳纖維復合材料在新一代戰斗機上也開始得到大量使用，如美國第四代戰斗機F22采用了約為24%的碳纖維復合材料，從而使該戰斗機具有超高音速巡航、超視距作戰、高機動性和隱身等特性。美國波音推出新一代高速寬體客機的音速巡洋艦，約60%的結構部件都將采用強化碳纖維塑料復合材料制成，其中包括機翼。中國自行研制的碳纖維復合材料剎車預制件性能達到國際水平。采用這一預制件技術所制備的的國產碳和碳剎車盤已批量裝備于國防重點型號的軍用飛機，并在B757型民航飛機上使用，在其它機型上的使用也在實驗考核中，并將向坦克、高速列車、高級轎車、賽車等推廣使用。碳纖維比鋁輕但強度相似。碳纖維在艦艇上也有重要的應用價值，可減輕艦艇的結構重量，增加艦艇有效載荷，從而提高運送作戰物資的能力，碳纖維不存在腐蝕生銹的問題。

 

 

    碳纖維材料也成為汽車制造商青睞的材料，

 

    在汽車內外裝飾中開始大量采用。碳纖維作為汽車材料，最大的優點是質量輕、強度大，重量僅相當于鋼材的20%到30%，硬度卻是鋼材的10倍以上。所以汽車制造采用碳纖維材料可以使汽車的輕量化，取得突破性進展，并帶來節省能源的社會效益。業界認為，碳纖維在汽車制造領域的使用量會變大。

 

 

    碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。碳纖維材料用于混凝土結構加固修補的研究始于80年代美、日等發達國家。中國的這項技術起步很晚，但隨著中國經濟建設和交通事業的飛速發展，現有建筑中有相當一部分由于當時設計荷載標準低造成歷史遺留問題，一些建筑由于使用功能的改變，難以滿足當前規范使用的需求，亟需進行維修、加固。常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等。碳纖維加固修補結構技術是繼加大混凝土截面、粘鋼之后的又一種新型的結構加固技術。

 

 

    碳纖維在運用在運動休閑領域中，像球桿、釣魚竿、網球拍羽毛球拍、自行車、滑雪杖、滑雪板、帆板桅桿、航海船體等運動用品都是碳纖維的主要用戶之一。碳纖維運用在日常用品，像音響、浴霸、取暖器等家用電器以及手機、筆記本電腦等電子產品也可以看到碳纖維的身影。

責任編輯：班英飛

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