定伸长条件下pan基预氧丝碳化工艺过程及力学性能的研究

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1、北京化工大学硕士研究生学位论文日期：二。一四年六月三日北京化工大学学位论文原创性声明一本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：舔—土泣——一日期：知此立土立——一关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有

2、关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。口论文暂不公开(或保密)注释：本学位论文属于暂不公开(或保密)范围，在时解密后适用本授权书。口非暂不公开(或保密)论文注释：本学位论文不属于暂不公开(或保密)范围，适用本授权书。日期：辅尬￡：丛日期：扣业筝．39学位论文数据集中图分类号TQ050．4学科分类号论文编号1001020140592密级公开学位授予单位代学位授予单位名码10010北京化工大学称作者姓名张旭学号20l1200592获学位专业名称材料科学与工程

3、获学位专业代码080500课题来源自选研究方向碳纤维加工论文题目定伸长条件下PAN基预氧丝碳化工艺及力学性能的研究PAN基预氧丝，PAN基碳纤维，碳化工艺，力学性能，升温速率，定伸关键词长论文答辩日期2014．05．22论文类型应用研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师陈广新教授北京化工大学评阅人1李齐方教授北京化工大学评阅人2张文熊教授北京工业大学评阅人3评阅人4评阅人5答懒厶捕崔秀国教授北京石油化工学院答辩委员1武德珍教授北京化工大学答辩委员2吴战鹏教授北京化工大学答辩委员3汪晓东教授北京化工大学答辩委员4齐胜利副教授北京化工大学答辩委员5

4、注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB厂r13745．9)《学科分类与代码》中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要定伸长条件下PAN基预氧丝碳化工艺过程及力学性能研究PAN基碳纤维由于原料价格便宜，良好的力学性能以及其它优异性能，逐渐成为市场用量最大的碳纤维材料。在整个PAN基碳纤维的制备过程中，碳化过程发挥十分重要的作用。在纤维的碳化过程中，升温速率、碳化温度、定牵引力以及保护气体的纯度等都对纤维的最终结构和性能有着重要的影响。基于此我

5、们对PAN基预氧丝的碳化过程做了很多工作，这包括不同升温速率条件下PAN基预氧丝起始碳化温度的探讨，不同的碳化过程中温度、升温速率及定牵引力对纤维力学性能、纤维的表面形貌和元素含量和纤维的晶格参数的影响关系。最终成功制备了强度4．27GPa、模量590GPa的PAN基碳纤维。以下是主要的研究内容：1、采用热重分析方法(TGA)探讨了PAN基预氧丝在升温速率50C／min、100C／min、150C／min、200C／min时碳化起始温度，发现PAN基预氧丝的起始碳化温度与升温速率呈现线性关系，采用外推法求得升温速为零时碳化的起始温度为3820C。2、用扫描电镜对不同碳化

6、温度下纤维的表面相貌进行考察，用XPS和燃烧等方法对纤维自身元素和表面元素含量进行考察，发现温度是引起纤维元素含量变化的主要因素。XRD和Laman分析则表明碳化过程中，纤维分子链中的线性结构含量逐渐变小，而代表石墨结构的d002吸收峰和G峰逐渐占据主导地位，纤维的微观结构性能参数也发生相应的变化。3、用单丝拉力仪对纤维的强度、断裂伸长率等进行表征。发现在3000C～8000C，纤维的强度随着温度、升温速率和定牵伸率的增加而增大，直径和断裂伸长率的变化趋势与强度的变化趋势相反。最终碳化温度相同时，升温速率和定牵率是主要的影响因素。在9000C以上时，温度依然是纤维力学性

7、能的决定性因素，但当温度高于13000C，纤维的力学强度出现下降的趋势，而模量的变化依1日保持增长的趋势。4、通过对低温和高温碳化过程中纤维力学性能的变化规律确定最终PAN基纤维定伸长条件下的碳化工艺。低温碳化时采用升温速北京化工大学硕士学位论文率为100C／rain、定牵伸率为0．70％，碳化最终温度为6000C为宜。高温碳化时，采用较高的升温速率较好，经过综合比较最终确定升温速率为150C／rain、碳化温度选13000C较适宜。关键词：PAN基预氧丝，PAN基碳纤维，碳化工艺，力学性能，升温速率，定伸长IIABSTRACTTHEIN