聚丙烯腈碳纤维原丝解取向行为的研究

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1、北京化工大学位论文原创性声明本人郑重声明：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，均已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：卑日期：上丛_巨笪址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关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位

2、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。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：导师签名：日期：．丝!垒肇箩目堡亟日期：翌!竺￡：竺学位论文数据集中图分类号TQ342学科分类号430论文编号1001020140636密级公开学位授予单位名学位授予单位代码10010北京化工大学称作者姓名焦娜学号2011200636获学位专业名称材料科学与工程获学位专业代码080500国家计委、科委项

3、目课题来源研究方向PAN基碳纤维微观结构研究(国家科技部973课题)论文题目聚丙烯腈碳纤维原丝解取向行为的研究关键词PAN纤维，解取向，模型，粘弹性，热力学论文答辩日期2014-5-26木论文类型基础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曹维宇副教授北京化工大学高分子材料评阅人1武德珍教授北京化工大学高分子物理评阅人2童元建副教授北京化工大学碳纤维答辩委员蝴罗瑞盈教授北京航空航天大学材料学答辩委员l徐棵华教授北京化工大学材料学答辩委员2刘杰教授北京化工大学材料学答辩委员3田艳红副教授北京化工大学材料学答辩委员4童元

4、建副教授北京化工大学碳纤维注；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／T13745—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。摘要聚丙烯腈碳纤维原丝解取向行为的研究聚丙烯腈基碳纤维具有优异的力学性能，其中沿纤维轴方向高度取向排列的石墨微晶结构是赋予纤维轴向优异性能的关键结构。碳纤维的取向结构起源于原丝制备时高倍牵伸所形成的高度取向结构，但在原丝成型及热处理过程中，出于消除内应力的需要及预氧化温度场的

5、作用下，取向结构会受到一定程度的破坏，因此如何最大程度地保留原丝的取向结构，就成为提升碳纤维力学性能的关键。目前国内外对原丝取向结构的研究主要集中在原丝取向结构表征、原丝取向结构模型以及工艺条件对取向参数的影响等方面来研究，但关于原丝的解取向过程并没很多研究。因此为了有效促进预氧化过程中纤维取向结构的保持，同时为原丝取向结构的调控提供科学依据，需要对解取向行为的机理进行分析研究，从热力学和高分子粘弹性的角度深入研究原丝的解取向本质及行为，探讨解取向机理。本论文主要通过PAN原丝．粘弹模型的建立，对解取向的热力学本质及其动力学方程进行了推导，

6、并通过TMA、p-FTIR和WAXD等表征手段对PAN原丝的解取向行为进行了表征和分析，探究了分子链不同运动单元的解取向行为，以及温度和时间对解取向的影响；最后探究不同的取向状态对纤维解取向的影响。研究表明：1、解取向的热力学方程：北京化工大学硕士学位论文dG=du——TdS=ody——TdSPAN原丝解取向的热力学倾向来源于原丝内应力6及分子链熵增加的自发倾向，一般a和△S越大，解取向越容易自发进行。2、纤维的解取向主要分为弹性部分的解取向和粘性部分的解取向，弹性部分解取向的时间很短，一般在样品收集的过程中就已完成，而粘性部分的解取向则需

7、要较长的时间完成。3、解取向的粘弹性方程：lIl删乩‰一丽1，(监+神、3七r71n‘一厂‘亡’1=1n‘一y。3+i三磊1芒(訾+_r)即某一时刻的内应力及解取向形变量是温度、时间及PAN纤维自身粘弹性特征参量的函数。4、随着温度升高，PAN纤维解取向导致的应变量从80。C左右开始呈现增大趋势，100。C以上分子链和晶区的解取向程度均明显增加，150℃左右解取向速率达到最大。5、由于纤维在不同牵伸环境下分子链的粘弹运动特性不同，增塑牵伸条件下所得的原丝解取向更多的为分子链解取向，而超牵伸条件下获得的取向结构，在热场环境下的解取向更趋向于链

8、段解取向。6、牵伸倍率越大，纤维取向程度越高，热环境下的解取向越大，由牵伸导致的内应力较大，温度升高时内应力释放比较迅速。摘要7、热场环境下纤维在110"C着I]150。C左右分