聚丙烯腈（Polyacrylonitrile,PAN）基碳纖維是PAN基原絲經(jīng)過預氧化、碳化、以及石墨化過程一系列處理后得到的一種微晶石墨材料,具有高比強度、高比模量、耐腐蝕、耐高溫以及可加工性高等優(yōu)異性能,在航空航天,建筑建材,體育用品等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本課題以PAN基碳纖維為研究對象,重點探究在激光照射的條件下,碳纖維溫度分布的均勻性和石墨化程度,分析溫度均勻性對力學性能的影響。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:激光輻照發(fā)出的能量具有高斯分布的特點。首先基于激光光束能量的高斯分布特征,建立了高斯移動熱源模型,從宏觀結(jié)構(gòu)尺度完成碳纖維材料的熱力學參數(shù)傳遞。采用有限元法,基于Ansys/Workbench平臺,設(shè)置碳纖維材料熱性能參數(shù),通過“熱分析”模塊施加高斯熱源和溫度邊界條件,保證激光作用的連續(xù)性。結(jié)果表明,碳纖維絲束橫截面內(nèi)的溫度分布主要取決于激光功率、光斑直徑、走絲速度和激光數(shù)量,增大激光功率、縮小光斑直徑、降低走絲速度和增加激光數(shù)量都能有效的提高纖維溫度,有利于石墨化程度的提高。定義了溫度均勻性指數(shù),分析了不同條件對碳纖維溫度均勻性的影響規(guī)律。求解了激光輻照移動碳纖維絲束在石墨... 

【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１⑷凝膠紡絲ＧＴ－ＰＡＮ原絲纖維和碳纖維的照片；（ｂ，?ｃ）ＧＴ－ＰＡＮ基碳纖維的拉伸斷裂表面??的ＳＥＭ圖；（ｄ）?ＩＭ７碳纖維和（ｅ）?Ｔ１０００碳纖維的纖維橫截面圖像

呈下降趨勢，在２０００?°Ｃ??時又上升，高溫環(huán)境使纖維發(fā)生應(yīng)力松弛，導致其缺陷變少，強度增加［１３］；在石墨化??溫度逐漸升高后達到２５００°Ｃ，在熱牽伸力的作用下，石墨微晶內(nèi)部亂層間的應(yīng)力被消??除，有利于纖維沿軸向發(fā)生擇優(yōu)取向，從而使拉伸模量逐漸增強。??ＰＡＮ原絲預氧化爐碳化爐石墨化爐表￥怒理收絲??＜＾?ｒ?Ｉ?１?上漿??零］丨門１?ｐ??ｉ?＼?Ｘ?＾??ＰＡＮ原絲預難?１?「；斷維＾＾??ｈ?Ｍ＇ｆ１?＇ｙ丄Ｉｆ人’＇丫、??ｃＪＪ＾?ｒ?ｉＸＣｕ??圖１－２?ＰＡＮ基碳纖維制備工藝過程??Ｆｉｇ．?１－２?ＰＡＮ－ｂａｓｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??４??

?北京化工大學碩士學位論文???一?Ｊ?＾?〇?ｒｉｇｉｄ?ｃｌａｍｐ?０?ｃｏｐｐｅｒ?ｐｉｐｅ??－?ｎ—?腦?Ｉ�！�??｜ｇ?，ｆｅｘ＃?■?＿?ｐａｉｒ?ｏｆ?ｒｏｉｌｅｒｓ?鼸物奴?ｗｅｉｇｈｔ??＼?麵?ｐ３ｉｒｏｆｓ＿￥?＿?ｓｕｅ—??．?ｙ：：＇?．?４??圖１－６?（ａ）基于激光的碳纖維制備和（ｂ）內(nèi)部處理腔實驗裝置圖??Ｆｉｇ．?１－６?（ａ）?Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｅｔｕｐ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｌａｓｅｒ－ｂａｓｅｄ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒｓ；?（ｂ）??Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｎｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｃｈａｍｂｅｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｅｔｕｐ??為了研宄激光輻照對碳纖維表面化學結(jié)構(gòu)的影響，沙洋等ｔ５４ｉ在自行設(shè)計的二氧化??碳激光爐中，對聚丙烯腈基碳纖維進行激光石墨化處理，測得不同激光功率密度的條??件下碳纖維石墨化的拉曼光譜（如圖１－７所示），研宄認為，當激光功率密度增大時，??在ｃｏ２激光光熱效應(yīng)下對缺陷進行退火，從而獲得高質(zhì)量的石墨化材料。??Ｇ??Ｐ?Ｊ＼＾?６．６５?ｋＷ／ｃｍ２??＾?ｙｙ６，１９?ｋｗ細２??１?八?人?５．７３?ｋＷ／ｃｍ２??？運??ｙ＼＾?＾／＼＾．２７?ｋＷ／ｃｍ２??三?＾＾／／Ｖ＾ｙ＾Ｙ４．８１?Ｗｃｍ２??＂，／／＾＼＾ａｓ－ｒｅｃｉｅｖｅｄ???，?ｊ?，???１０００?１５００?２０００??Ｒａｍａｎ?ｓｈｉｆｔ?／ｃｍ１??圖１－７在不同Ｃ０２激光功率密度下獲得的被接收碳纖維和輻照碳纖維的

【參考文獻】：
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本文編號：3503568