碳纤维(Carbon Fiber，简称CF)是由聚丙烯腈(PAN)或沥青、粘胶等有机母体纤维采用高温分解法在1,000摄氏度以上高温的惰性气体下裂解碳化(其结果是去除除碳以外绝大多数元素)形成碳主链机构制成的机纤维。是一种含碳量在 90%以上的无机高分子纤维。 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。碳化过程主要包括纺丝、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。碳纤维及其复合材料的制作过程中工艺繁多且对技术精细程度非常高，有很高的技术门槛。
碳纤维(Carbon Fiber，简称CF)是由聚丙烯腈(PAN)或沥青、粘胶等有机母体纤维采用高温分解法在1,000摄氏度以上高温的惰性气体下裂解碳化(其结果是去除除碳以外绝大多数元素)形成碳主链机构制成的机纤维。是一种含碳量在 90%以上的无机高分子纤维。
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。碳化过程主要包括纺丝、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。碳纤维及其复合材料的制作过程中工艺繁多且对技术精细程度非常高，有很高的技术门槛。
碳纤维始于白炽灯发光体，日本、英国率先开始PAN基碳纤维研发。1879年爱迪生发明了以碳纤维为发光体的白炽灯并于美国取得初步成功，但随后因被钨丝取代而陷入沉寂。
20世纪50年代，美苏争霸期间，美国为研发大型火箭和人造卫星以及全面提升飞机性能，急需新型结构材料和耐烧蚀材料，碳纤维又重新出现在材料科学舞台。
20世纪60年代，全球碳纤维行业开始取得技术突破，日本进藤昭男发明了以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料制取碳纤维的方法，并取得了技术专利，为碳纤维工业化发展奠定了基础。
20世纪70年代，日本东丽开发出高性能聚丙烯腈基碳纤维。20世纪80年代，以日本东丽和美国赫氏为代表的公司，生产出高强度和高模量产品，碳纤维拉伸强度提升，使应用开发进入一个新的高水平阶段。
20世纪90年代，碳纤维的拉伸强度、模量进一步提升。进入21世纪后，全球碳纤维市场平稳发展，中国奋起直追，逐渐建立起国产高强碳纤维产学研用的研发生产与应用体系。
2010年，国产碳纤维产能达到7000余吨，生产量约1650吨，有效缓解了重大工程对国产高性能碳纤维的迫切需求，国产高强碳纤维进入快速发展阶段。
早在1982年，Meier等就提出了以碳纤维复材索替代钢索的想法。
重大工程结构中85%以上是自重。目前桥索都采用钢丝制成，由于钢的材料特性，钢索比重大，这将限制钢索体系桥梁的极限跨径和承载效率。碳纤维复材的容重仅为钢材的1/5，与钢索相比，采用碳纤维复材索能够提高悬索结构的极限跨度。
▲ 钢索 vs CFRP索
碳纤维复材索的抗拉强度可达高强钢丝的2倍以上，同时碳纤维复材索的疲劳性能也远优于钢索。钢索在大型工程的使用中，存在一个致命弱点，就是耐腐蚀性差，因此会影响到钢索的使用寿命。而碳纤维复材索的耐腐蚀性极强，大大提高桥梁的使用寿命，降低了后期的维护成本。
新材料拉索应用于工程领域，无法将材料特性最大化，存在以下两个致使缺陷：一是材料破坏；二是预应力无法满足。卓越强森自主研发的矩形截面碳纤维拉索，颠覆以往采用圆形棒材的结构形式。碳纤维拉索的索体结构采用平行板材，而不是采用圆形棒材，主要原因是因为碳纤维材料的各向异性的材料特性。
▲碳纤维拉索产品图
碳纤维材料的抗拉性能很好，但抗压性能不足，在锚固问题上特别突出。卓越强森研发的碳纤维拉索，其锚头采用了全球首创的多层波形锚，其索体型式为多层碳纤维板构成的矩形截面拉索，其型式与锚头型式是一一对应并完全匹配的。卓越强森自主研发的多层波形锚，不但解决了抗压问题，还使锚固力成倍增长，可最大限度发挥碳索的预应力。
碳纤维拉索由多层高强度碳纤维板叠合成为规则的矩形截面拉索。其中的碳纤维板采用高质量碳丝和环氧树脂，经拉、加热固化而成，具有优异的抗拉性能。
为了解决现有纤维拉索应用范围相对较窄，吨位较低，造价高，施工难的痛点，矩形截面CFRP拉索只需相同规格的碳纤维片材叠合即可，是一种截面小、强度高、有利于安装锚固的索体，使之可用于大型建筑结构，使其具备高强度、耐腐蚀、不生锈、不疲劳等特点的全寿命拉索。
▲全球首创的矩形截面碳纤维拉索
2020年8月，全球首个大跨空间建筑大规模应用CFRP拉索的三亚体育场通过验收。该项目具有以下主要亮点：
· 是大跨空间结构目前设计吨位最高3000kN（300吨）的CFRP拉索
· 是大跨空间结构目前长度最长（19米）的CFRP拉索
三亚体育场总建筑面积8.8万余平米，体育场屋盖为轮辐式索桁架结构，平面投影短轴224米、长轴261.8米，中心开口短轴134米，长轴171.8米。为提升结构抗风能力，屋盖结构布置内环交叉索；为降低内环交叉索对索夹造成的不平衡力，该项目创新应用了强模比远高于普通钢索的CFRP平行板索，以新材料、新构件完美解决了结构问题。
三亚体育场采用的CFRP拉索系统，采用卓越强森自主研发和生产的平行板索，结合具有自主知识产权的多层波形锚，最大限度地发挥了碳纤维材料轻质高强的材料特性，并在众多竞争对手中率先完成3000kN级CFRP拉索静力性能试验。
三亚市体育场项目波形锚CFRP平行板索的成功应用为世界首例，是CFRP索结构在大跨结构中应用的突破性成果，具有重要的里程碑意义，具有偶然性同时也具有必然性，对于今后CFRP结构在新建工程中的应用具有重要的引领作用，国家“十四五”规划中也提到要推动CFRP及其新结构的应用，相信通过三亚体育场项目的示范引领，CFRP在新建工程中的应用将迎来新的蓬勃发展。
