碳纤维和混凝土的调查研究报告

第页 研究报告研究内容：碳纤维和混凝土的对比目录第一部分碳纤维混凝土总体概括错误!未定义书签。一碳纤维简介错误!未定义书签。二混凝土简介错误!未定义书签。第二部分碳纤维混凝土历史发展错误!未定义书签。一碳纤维历史发展错误!未定义书签。二混凝土历史发展错误!未定义书签。第三部分碳纤维混凝土对比错误!未定义书签。按照力学性能比较错误!未定义书签。按照原料来源比较错误!未定义书签。碳纤维原料来源错误!未定义书签。混凝土原料来源错误!未定义书签。三按照物理状态比较错误!未定义书签。碳纤维物理状态错误!未定义书签。混凝土物理状态错误!未定义书签。四按照制造方式比较错误!未定义书签。碳纤维制造方式错误!未定义书签。混凝土制造方式错误!未定义书签。五按照发展前景比较错误!未定义书签。碳纤维发展前景错误!未定义书签。混凝土发展前景错误!未定义书签。六按照应用领域比较错误!未定义书签。碳纤维应用领域错误!未定义书签。混凝土应用领域错误!未定义书签。七按照机械性能比较错误!未定义书签。碳纤维机械性能错误!未定义书签。混凝土机械性能错误!未定义书签。八按照取向程度比较错误!未定义书签。碳纤维取向程度错误!未定义书签。混凝土取向程度错误!未定义书签。第四部分碳纤维混凝土的生产成本错误!未定义书签。碳纤维的生产成本.错误!未定义书签。混凝土的生产成本第五部分研究报告总结...引言碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐熔性出类拔萃。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。混凝土是目前世界上用途最广、用量最大的建筑材料。它在建筑工程、公路工程、桥梁和隧道工程、水利及特种结构的建设领域中发挥着不可替代的作用。任何混凝土结构物主要都是用于承受荷载或抵抗各种作用力，强度是混凝土最重要的力学性能。第一部分碳纤维混凝土总体概括一、碳纤维简介碳纤维(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。碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多;它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。二、混凝土简介混凝土，简称为"砼(tóng)":是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶凝材料，颗粒状集料（也称为骨料），水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。第二部分碳纤维混凝土历史发展一、碳纤维历史发展1962年，中科院长春应用化学所成立以李仍元为组长的“聚丙烯腈基碳纤维的研制”课题组，开展大量的基础研究。1970年代初，中科院化学所为了满足国家国防需要，在高分子物理研究室和特种高分子材料研究室抽调部分研究人员成立803和804组，此后在两组的基础上在组建了高分子复合材料物理研究室（九室,主任:吴人杰）；重点研究“碳纤维连续化制备”和“缩短碳纤维制备周期研究”并取得“四氯化锡”催化等成果。1972年，化工部吉林化工研究院开展硝酸法研制碳纤维PAN原丝，并在年产3吨装置上取得硝酸一步法制取原丝，供山西燃化所和长春应化所研究碳纤维。山西燃化所以间接预氧化和碳化研究，并开展连续预氧化和碳化试验。1970年代初，上海合成纤维研究所开展硫氰酸钠法丙烯腈原丝研究，1975年提供给冶金部上海碳素厂2吨原丝研制碳纤维。1975年11月13~24日在北京召开“7511”会议。PAN基碳纤维原丝三种工艺路线发展吉林化工研究院硝酸一步法到1998年终止生产，改同北京化工大学、长春工业大学合作开展DMSO一步法生产碳纤维原丝；兰州化纤厂硫氰酸钠法原丝生产因2005年因停产而终止，改由上海石化腈纶事业部来发展，正在扩建年产3000吨装置；亚砜法由山西煤化所和北京化工大学推广，目前已建立多达10家以上原丝企业，技术主要来源主要为吉林石化和山西煤化所，其中中复神鹰和丹阳恒神技术主要来自上海的东华大学和国外设备制造商技术；二甲基乙酰胺法由吉林化纤和长春工业大学合作开发，吉林碳谷有限公司。75年到90年，国外碳纤维进入飞速发展阶段，但国内仅实现从没有到有产品，不能够规模化生产。91到99年，国内碳纤维与日本等差距越来越大，发展进入低潮期。2000年碳纤维发展进入新阶段，2007年产能进入飞速发展阶段；目前国内有近30家企业。二、混凝土历史发展1900年，万国博览会上展示了钢筋混凝土在很多方面的使用，在建材领域引起了一场革命。法国工程师艾纳比克1867年在巴黎博览会上看到莫尼尔用铁丝网和混凝土制作的花盆、浴盆、和水箱后，受到启发，于是设法把这种材料应用于房屋建筑上。1879年，他开始制造钢筋混凝土楼板，以后发展为整套建筑使用由钢筋箍和纵向杆加固的混凝土结构梁。仅几年后，他在巴黎建造公寓大楼时采用了经过改善迄今仍普遍使用的钢筋混凝土主柱、横梁和楼板。1884年德国建筑公司购买了莫尼尔的专利，进行了第一批钢筋混凝土的科学实验，研究了钢筋混凝土的强度、耐火能力。钢筋与混凝土的粘结力。1887年德国工程师科伦首先发表了钢筋混凝土的计算方法；英国人威尔森申请了钢筋混凝土板专利；美国人海厄特对混凝土横梁进行了实验。土横梁进行了实验。1895年——1900年，法国用钢筋混凝土建成了第一批桥梁和人行道。1918年艾布拉姆发表了著名的计算混凝土强度的水灰比理论。钢筋混凝土开始成为改变这个世界景观的重要材料。混凝土可以追溯到古老的年代，其所用的胶凝材料为粘土、石灰、石膏、火山灰等。自19世纪20年代出现了波特兰水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性，而且原料易得，造价较低，特别是能耗较低，因而用途极为广泛（见无机胶凝材料）。20世纪初，有人发表了水灰比等学说，初步奠定了混凝土强度的理论基础。以后，相继出现了轻集料混凝土、加气混凝土及其他混凝土，各种混凝土外加剂也开始使用。60年代以来，广泛应用减水剂，并出现了高效减水剂和相应的流态混凝土；高分子材料进入混凝土材料领域，出现了聚合物混凝土；多种纤维被用于分散配筋的纤维混凝土。现代测试技术也越来越多地应用于混凝土材料科学的研究。第三部分第三部分碳纤维混凝土对比一、按照力学性能比较(1)碳纤维混凝土的劈拉强度比钢纤维混凝土的低。(2)碳纤维属超细纤维，其约束混凝土裂缝扩展能力显著低于钢纤维，表现为碳纤维混凝土比钢纤维混凝土具有较低的断裂能和断裂韧性。(3)微细钢纤维在荷载～挠度曲线峰值前对混凝土的作用效果高于较大直径钢纤维，而峰值后的作用效果低于较大直径钢纤维，表现为微细钢纤维混凝土的断裂能低于较大直径钢纤维混凝土，而断裂韧性高于较大直径钢纤维混凝土。(4)不同几何尺寸的钢纤维在混凝土中具有不同的作用效果，即钢纤维在混凝土中的作用具有显著的尺寸效应。二、按照原料来源比较碳纤维原料来源(1)增强材料：缠绕成型用的增强材料，主要是各种纤维纱：如无碱玻璃纤维纱，中碱玻璃纤维纱，碳纤维纱，高强玻璃纤维纱，芳纶纤维纱及表面毡等。(2)树脂基体：树脂基体是指树脂和固化剂组成的胶液体系。(3)填料：填料种类很多，加入后能改善树脂基体的某些功能。混凝土原料来源混凝土一般是由水泥,水,砂子、石子（某些特种混凝土不用砂子）,粉煤灰（现在几乎所有水泥制品都要添加）,外加剂（减水、缓凝、早强、防冻等）,矿粉硅灰膨胀剂等混合搅拌而成。三、按照物理状态对比1、碳纤维物理状态(1)碳纤维的密度在1.5—2.0g/cm3之间，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温(3000℃)石墨化处理，密度可达2.0g/cm3。(2)碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。平行于纤维方向是负值(-0.72×10-6～-0.90×10-6K-1)，而垂直于纤维方向是正值(32×10-6～22×10-6K-1)。(3)碳纤维的比热容一般为7.12×10-1KJ/(kg·K)。热导率随温度升高而下降。(4)碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775ìÙ/cm，高强度碳纤维为1500ìÙ/cm。碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动势为负值。因此当碳纤维复合材料与铝合金组合应用时会发生化学腐蚀。2、混凝土物理状态比较(1)普通混凝土干表现密度为1900-2500kg/m3,是由天然砂、石作骨料制作而成。(2)钢筋混凝土结构合理地利用了钢筋和混凝土两者性能特点，可形成强度较高，刚度较大的结构，其耐久性和防火性能好，可模性好，结构造型灵活，以及整体性、延性好，适用于抗震结构等。四、按照制造方式比较碳纤维的制造方式碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取,上前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。其产生的步骤为A预氧化：在空气中加热，维持在200-300度数十至数百分钟。预氧化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构，以使其在高温碳化时不熔不燃而保持纤维状态。B碳化：在惰性气氛中加热至1200-1600度，维持数分至数十分钟，就可生成产品碳纤维；所用的惰性气体可以是高纯的氮气、氩气或氦气，但一般多用高纯氮气。C石墨化：再在惰性气氛（一般为高纯氩气）加热至2000-3000度，维持数秒至数十秒钟；这样生成的碳纤维也称石墨纤维。混凝土制造方式混凝土是不同标号的水泥+黄沙+不同粒径的石子通过一定比例搅拌出来的。五、按照发展前景比较1、碳纤维发展前景我国碳纤维的国内消费正处于发展初期，国内碳纤维消费量仅占全球的25%。随着国内碳纤维生产的规模化和成本的不断降低，我国大飞机项目、国际航空业外包业务，以及建筑工程加固修复、汽车减重与优化、海洋工业装备制造等行业的应用蕴含着巨大的发展机遇。在过去十几年的碳纤维产业发展过程中，我国逐步形成了以工业用为主的发展思路，在建筑补强、船艇、高压输电缆、机械配件等产业领域的应用正在逐步展开，实现了技术积累，为产业的可持续发展提供了支撑。据宇博智业市场研究中心了解，从全球来看，碳纤维发展的主要目标是低成本生产以便更多地应用在汽车等新领域。对国产碳纤维来说，要提高市场竞争力，必须降低生产成本。要降低生产成本一种解决途径是降低原丝生产成本和发展新型碳纤维前躯体：改进原丝生产工艺；试探采用PAN外的其他材料用作制备高性能碳纤维的原丝；通过改进聚合单体和聚合技术，实现在聚合阶段就能形成具有与预氧化纤维相同结构的前驱体。另外，应发展新的预氧化、碳化和石墨化技术：发展新型预氧化技术，缩短预氧化时间；降低碳化、石墨化成本，发展微波技术；自主研发设计节能高效的碳化设备。碳纤维低成本化技术的发展目标是每千克生产成本降到5~8美元。在碳纤维的成本构成中，原丝占50%，氧化碳化占50%。目前碳纤维低成本化采用的技术主要包括大丝束，水相沉淀聚合——干喷湿纺工艺，用民用腈纶工程生产碳纤维技术等。碳纤维低成本化原丝新技术包括采用木质素原料制成木质素—PAN共混原丝，熔体纺丝法制备碳纤维及其木质素原丝，高粘度PAN溶液干喷湿纺等。在氧化碳化低成本化方面主要是采用快速氧化碳化技术（分散或降低环化热），提高氧化速度，提高能源利用率。从碳纤维市场前景分析预测报告了解碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。其重量是普通钢材的四分之一，比铝材料还轻30%，但强度却是钢材的10倍。碳纤维最早主要应用于钓鱼竿和高尔夫球棒等体育休闲领域。随着技术发展和性价比的提升，碳纤维在风力发电、汽车工业、航天军工等领域的需求逐步提升。日前，全球最大的碳纤维制造商日本东丽(3402.JP)宣布获得了美国波音公司价值86亿美元的飞机用碳纤维订单，成为东丽在飞机制造领域接获的最大订单。资料显示，东丽在全球四个国家设有碳纤维工厂。目前全球碳纤维总产能约8.4万吨，东丽占其中的近四成。日本另一家碳纤维制品生产商帝人(3401.JP)是空客A380客机的碳纤维部件供应商。该公司日前宣布与美国通用汽车合作研发碳纤维材料的量产项目，推动该材料的普及。帝人表示，随着车企寻求轻型材料以提高燃油能效，预计到2020年，全球采用碳纤维配件的汽车销量将达到300万辆，占全部节能环保车型的四分之一。除汽车和飞机制造领域外，由于海上风电发展要求更轻质、更抗拉力、更耐腐蚀的新材料设备，碳纤维也成为风力发电叶片的可靠选择。中国申银万国证券研究报告指出，碳纤维将广泛用于国防军工、航空航天、航空航天、休闲体育、汽车等领域，随着新能源汽车等市场逐步打开，碳纤维需求将上升。2、混凝土的发展前景(1)混凝土产量与经济增长同步江苏省政府确定的十二五经济发展政策，调整产业结构，转变发展方式，经济增长由政策刺激向自主增长转变正在深入推进。2012年，有些大型基础设施建设速度有所放缓，但政府加大了对民生工程的建设投资。受大环境的影响，从2011年起，江苏混凝土市场已步入稳定增长的调整时期，前几年出现的爆发性高增长2012年将不会再现。国家宏观经济的走势，是决定经济发展和混凝土行业走势的风向标。从江苏来看，十二五期间，要累计完成房地产开发投资3万亿元，年均增长15%左右。2011年，全江苏省固定资产投资为2.63万亿元，比上年增长21.5%。2012年计划投资3.1万亿元，比上年增长18%。其中，建筑业和房地产业仍将是拉动混凝土市场需求的主要力量。虽然，房地产业销售额下降，商品房开发放缓，但政府保障房建设仍在继续扩大。根据江苏省委、江苏省政府的计划部署，2012年保障房建设规模持续加大，全社会固定资产投资也有所增加，这是混凝土行业保持稳步增长的机遇和基础。2012年江苏江苏省确定了开工36万套，竣工13万套保障房建设目标任务。而且江苏省政府办公厅还以2012年1号文的形式，对这一目标任务分解落实到各市、县。如南京市，就领到了新开工50210套、竣工20010套、发放廉租房补贴20570户的任务。除此之外，全江苏省还有江苏省教育厅等四个部门投入保障房建设，今年开工13190套。大规模的保障房建设和改善城乡建设环境的高投入，决定了混凝土市场需求有保障，虽然其它大型的基建项目可能有所减少或放缓进度，但混凝土的产出不会大幅下行。根据各相关因素的综合分析，2012年全江苏省混凝土总量需求约为2.3~2.5亿立方米，仍有10%上下的增长空间。就混凝土市场而言，2012年将呈现前低后高态势。第一季度，市场将持续低弥，期望值不大。从二季度开始，需求将持续上升，业内人士应对全年保持谨慎乐观的态度。(2)建设工程要求垫资比重加大，企业面临两难决择国家宏观经济政策的调整，强调结构性和灵活性，以确保稳中求进。我们当前面临的形势是，上半年，建设单位仍然普遍资金不足。同时，2012年地方政府还本付息期到来，地方财政压力将进一步加大，造成地方融资平台风险和地方政府融资能力不足。我们对地方政府完成民生工程的计划、目标不容置疑，但应该预估开发商为完成基建项目和政府为完成保障房工程，要求企业垫资的比重会加大。由于2011年底，建筑业和房地产业资金十分紧张，大部分未按合约比例支付混凝土材料款。所以，混凝土企业继续为建设工程垫资的能力严重不足。面对许多上年接转和新开工项目，企业要么停供待产，要么通过银行和民间信贷融资，继续垫资供料。而银行和民间信贷成本不断攀升，给混凝土企业再投资构成巨大压力，所以混凝土企业面临两难决择。难决择。(3)经营成本提高，企业盈利能力减弱混凝土企业面临资金占用量大，资金回笼周期延长，融资渠道窄等困难。等困难。随着原材料、油料等涨价和劳动力成本提高，企业流动资金需求将比往年增加，加上信贷成本不断上升，混凝土企业盈利能力将有所减弱。减弱。六、按照应用领域比较1、碳纤维应用领域(1)高科技领域由于碳纤维复合材料密度低、刚性好合强度高，成为一种先进的航天材料。我国对碳/碳烧蚀材料相关的科技问题进行了深入地研究，其研究成果已在导弹发射管、固体火箭发动机壳体、卫星和飞船上等得到应用。(2)飞机和汽车制造碳纤维材料现在也成为汽车制造商青睐的材料，在汽车内外装饰中开始大量采用。碳纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大，重量仅相当于钢材的20％～30％，硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节省能源的社会效益。业界认为，碳纤维在汽车制造领域今后的使用量会越来越大。在1992年期间,航空应用中对碳纤维的需求开始有所减少,主要是受到了商业飞机业衰退的影响,但是在1995年起得到迅速的恢复。航空应用中对碳纤维的需求正在不断增多，波音777飞机利用碳纤维做结构材料，包括水平和垂直的横尾翼和横梁，这些材料被称为“首要的结构材料”，所以对他们的质量要求极其苛刻。对于波音777飞机，日本东丽公司是波音公司指定的唯一有资格的碳纤维制造商。欧洲空客也在他们的飞机上使用了大量的碳纤维，东丽的TORAYCA碳纤维将被大量应用在新型客机A380上。美国波音公司推出新一代高速宽体客机—“音速巡洋舰”，约60%的结构部件都将采用强化碳纤维塑料复合材料制成，其中包括机翼。它比铝轻，但强度不相上下。我国自行研制的碳纤维复合材料刹车预制件，其性能已全面达到国外水平。采用这一预制件技术所制备的的国产碳/碳刹车盘已批量装备于国防重点型号的军用飞机，并在B757-200型民航飞机上使用，在其它机型上的使用也在实验考核中，并将向坦克、高速列车、高级轿车、赛车等推广使用。(3)体育休闲用品体育应用中的三项重要应用为高尔夫球棒、钓鱼杆和网球拍框架。目前,据估计每年的高尔夫球棒的产量为3400万副。按照国家和地区分类,这些高尔夫球棒主要产地为美国、中国、日本和中国台湾,美国和日本是高尔夫球棒的主要消费地,占80%以上。全世界40%的碳纤维高尔夫球棒都是由东丽公司的碳纤维制成的。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,其它的体育项目应用还包括冰球棍、滑雪杖、射箭和自行车,同时,碳纤维还应用在划船、赛艇、冲浪和其它的海洋运动项目中。我国在20世纪80年代初开始研制碳纤维复合材料体育运动器材。1987年中山大学与东莞玻璃厂合作研制成功了碳纤维/玻璃纤维混杂增强环氧树脂的蜂窝夹层结构四人皮艇。但高尔夫球杆、钓鱼竿、鱼线轮、网球拍、羽毛球拍、自行车架等仍是碳纤维的主要用途。(4)碳纤维加固建筑结构我国从1997年开始从国外引进碳纤维复合材料加固混凝土结构技术，并开始进行相关研究。由于其巨大的技术优势，近几年成为了研究和工程应用的热点。国内已有数十个高校和科研院所开展了此项研究工作，并取得了一批接近国际先进水平的研究成果。由于我国具有世界上最为巨大的土木建筑市场，碳纤维加固建筑结构的应用将呈现不断增长的的趋势。(5)碳纤维复合材料抽油杆有关数据表明，至2008年有8%～10%更新或新增的抽油杆用碳纤维复合材料抽油杆取代，共需碳纤维320～420t。预测至2010年如果按15%的取代量计算，则碳纤维消耗量可达624t。(6)风力发电机叶片如今，世界上风力发电机组的发电机额定功率越来越大，与其相适应的风机叶片尺寸也越来越大。为了减少叶片的变形，在主乘力件如轴承和叶片的某些部位采用碳纤维来补充其刚度。我国‘十五’期间的风机装机总容量已达到1.5GW，因而碳纤维在风力发电机叶片上的应用前景看好。(7)其他应用在铁路建筑中,大型的顶部系统和隔音墙在未来会有很好的应用,这些也将是碳纤维很有前景的应用方面。压力容器主要用在汽车的压缩天然气(CNG)，罐上,而且还用在救火队员的固定式呼吸器(SCBA)上。CNG罐源于美国和欧洲国家,现在日本和其他的亚洲国家也对这项应用表现出了极大的兴趣。2、混凝土应用领域混凝土是目前世界上用途最广、用量最大的建筑材料。它在建筑工程、公路工程、桥梁和隧道工程、水利及特种结构的建设领域中发挥着不可替代的作用。任何混凝土结构物主要都是用于承受荷载或抵抗各种作用力，强度是混凝土最重要的力学性能。七、按照机械性能比较1、碳纤维机械性能聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)基托因其操作简单，成本低廉的特性，广泛应用于临床义齿的制作。但因其韧性较低，脆性较大，存在着易折断的现象。为使基托具有最薄的厚度和最大的强度，常通过各种机械方法来增强义齿基托的强度。本实验将经碳纤维预浸织布加强的PMMA试件与常规PMMA试件相比较，测试其弯曲强度和弹性模量；并将碳纤维预浸织布分别置于PMMA测试试件的中央、靠近磨光面和靠近组织面三种状态，研究不同埋入部位对碳纤维织布加强材料的机械性能影响。同时测试了三种厚度(1.0mm，1.5mm，2.0mm)的碳纤维织布加强PMMA试件的机械性能，探索碳纤维织布加强材料厚度与PMMA机械强度的关系。结果表明：1．将经碳纤维预浸织布加强的PMMA与对照组相比较，弯曲强度显著增加(P＜0.01)，其强度满足临床需要。2．将碳纤维预浸织布分别置于试件的中间、靠磨光面和靠近组织面三种状态，弯曲强度测试结果表明，中间层组的弯曲强度大于靠近磨光面组，后者大于靠近组织面组，其间差别均有统计学差异(P＜0.01)。此时提示临床用碳纤维进行义齿基托树脂加强时，应将碳纤维织布置基托中央。弹性模量测试结果表明，中间层组的PMMA加强材料的弹性模量与相同厚度的对照组无显著差异(P＞0.05)；而靠近组织面组和靠近磨光面组均大于中间层组，但靠近组织面的和靠近磨光面的试件的弹性模量间无统计学差异(P＞0.05)。此结果提示，中间层组的PMMA加强材料与对照组相比，在提高义齿的抗弯曲性能同时，刚性没有增加，保持了一定的柔第四军医大学硕士学位论文韧性。但靠近组织面组和靠近磨光面组试件的柔韧性虽增加，但抗弯曲性能大大减弱，故临床不宜采用。3.测试了三种厚度的碳纤维织布加强PMMA试件的机械性能，表明经碳纤维织布加强后，厚度为l.Omm的碳纤维织布加强PMMA试件弯曲强度近似于2.srnrn的常规PMMA试件的强度，考虑到基托易折断的多种因素，因而宜采用1.0一1.5~的碳纤维织布加强PMMA以适合临床要求。本试验表明，碳纤维织布具有易于操作，设计灵活，价格便宜，不需增加特别设备，边缘易于抛光，加强效果好的优点，易于推广。2、混凝土机械性能混凝土结构的维修加固已经成为当前工程领域的一项重要内容，所以新老混凝土结合面受力性能的研究对于保证混凝土修补结构的安全性具有深远的意义。新老混凝土之间的良好结合是混凝土修补成功的关键所在，目前国内外的研究中绝大部分是通过二者的粘结作用使其结合成为整体共同受力。而实际工程中仅仅依靠粘结力往往达不到理想的结合程度。因此，本文研究的是加强新老混凝土结合，弥补粘结力不足的一种新方法，即采用机械连接件将新老混凝土结合在一起的方法。新老混凝土的粘结实际是弹性模量不同的两种材料——即双材料的结合问题。本文通过数值模拟计算结果表明，在规范规定的修补结构新老混凝土强度等级差值范围内，新老混凝土弹性模量相差不大的情况下，新老混凝土粘结劈拉强度可近似采用整体混凝土劈拉强度计算公式。进行了新老混凝土结合的劈拉强度试验。对比了老混凝土表面处理相同的情况下，不同浇筑方位对无机械连接件试件劈拉强度的影响；机械连接件对劈拉强度的影响；不同植筋材料对劈拉强度的影响。分析了不同浇筑方位对劈拉试件强度造成影响的原因以及机械连接件在劈拉加载时的受力机理。对比相同界面粗糙程度下，机械连接件对抗剪强度的影响；对比在加机械连接件的试块中，界面剂——水泥膨浆的影响；对比各新旧结合试块抗剪强度与整体伴随试块抗剪强度的差别。通过测量钢筋在受剪时候应变，得出钢筋的荷载—变形曲线，对机械连接件的受力原理做了分析；分析了膨胀水泥净浆作为界面剂时对于试件抗剪强度的增强机理。八、按照取向程度比较碳纤维取向程度利用XRD研究了PAN基碳纤维在连续高温石墨化和热牵伸石墨化过程中纤维内石墨微晶沿纤维轴择优取向性的变化。结果表明:碳纤维中石墨微晶的择优取向性随石墨化温度的提高和热牵伸的增大而增加。两种工艺中纤维的拉伸模量均随微晶取向性的增加而增大,但在获得相同的模量下其取向参数却不同;碳纤维的拉伸模量不仅仅取决于石墨微晶的择优取向,而且与晶体的大小有关。另外,经过3000℃的高温处理后,纤维的择优取向参数Z仅为14.71°,说明纤维中乱层石墨的层面仍没有高度取向。混凝土取向程度钢纤维混凝土构件的受力性能与其内部纤维的分布形态有根本联系,研究钢纤维在混凝土浇筑过程中的运动及其最终分布形态十分有意义。本文通过MATLAB自编程序调用ANSYSCFX提出了一种新的模拟钢纤维混凝土浇筑过程中纤维运动的方法。利用此方法模拟了一根梁的浇筑过程,通过模拟结果与实验结果的对比,证明模拟方法适用有效。进而通过改变浇筑入口位置来研究浇筑参数的变化对梁内钢纤维分布及取向的影响,总结钢纤维分布形态随浇筑参数改变的变化规律,为实验及实际工程提供有意义的借鉴。第四部分碳纤维混凝土的生产成本一、碳纤维的生产成本《科技日报》15日报道，中国黑龙江省天顺化工科技开发有限公司承担的“T700级碳纤维碳化中试生产线及工艺研究”项目2月5日通过鉴定。据相关政务公开信息，该项目年产量为5吨碳纤维。这家企业生产线的特点是成本低廉，污染少，其生产的T700级碳纤维成本可控制在每公斤200元以内。这被认为解决了国内高性能碳纤维生产成本高、质量不稳定的关键瓶颈问题。目前我国已有超过10家企业在研制生产高性能碳纤维。国产碳纤维技术出现突破固然喜人，但也有业内论文警告，近年来国内出现“碳纤维热”，众多科研院所和企业纷纷启动了碳纤维研究或千吨级产业化项目。虽然当前国内市场对碳纤维产品需求较大，但几年以后，市场出现过剩将成为必然。《科技日报》的报道中提到，该项目经过5年艰苦卓绝的创新攻关，终于突破高性能碳纤维生产的关键技术。据该公司总经理孟凡钧介绍，该项目采用独特的纺丝工艺、DMSO溶剂回收技术、精密的碳化生产技术及先进的废水处理技术，质量稳定，生产成本低，环境污染小，生产中废水排放少，生产成本可控制在每公斤200元以内，接近国际先进企业的生产成本，而当前国内成本大多在每公斤1000元—3000元不等。解决了国产高性能碳纤维生产成本高、质量不稳定这两个关键瓶颈问题，提高了我国碳纤维的国际竞争力。而黑龙江省政务公开网站发布的信息则提到了关于该碳纤维生产线的技术水平。5日，省科技攻关重大项目“T700级碳纤维碳化中试生产线及工艺研究”的成果，通过了省科技厅组织的专家鉴定。由我国复合材料学会理事长杜善义院士为主任委员的鉴定委员会经实地考察、质询讨论认为，项目组自主设计和制造的年产5吨碳纤维的碳化中试生产线，其抗拉强度和线密度CV值达到国际先进水平。为打破国外垄断，哈尔滨天顺化工科技开发有限公司经过5年艰苦卓绝的努力，实现了以自主生产的碳纤维原丝为原料，在自行设计制造的碳化中试生产线上进行T700级碳纤维碳化工艺研究。通过对预氧化、低温碳化、高温碳化等过程的工艺优化，产品的性能指标完全达到T700级碳纤维水平，成品率在80%以上。经液压强度试验和爆破试验，其研制的TS700碳纤维制备的20升高压气瓶的性能指标达到日本T700碳纤维制备的高压气瓶的水平。在全面考核的基础上，可替代日本T700碳纤维生产该类型气瓶。并且在生产中无废水排放，生产成本可控制在每公斤200元以内。2013年5月，黑龙江省科技厅官方网站上发布的公开信息提到了该企业的规模和当时的建设进展情况。报道中说，预计项目达产后，可年出产T300标准的高级碳纤维600吨，且产品性能稳定，年销售收入可达10亿元，带动下游产业产值达40亿元。2010年10月，中国化学纤维工业协会网站上的一则消息报道了当时该企业刚刚实现碳纤维生产技术突破的情况，该项目在多个方面取得了创新突破，他们采用自主研发的三元低温共聚技术，得到的聚合物具有良好可纺性能和满足高性能碳纤维碳化的工艺要求。其中具有自主知识产权的三元凝固成型技术