碳纤维制备过程中微晶模量-结构相关性研究
模量是碳纤维的一项重要的性能指标，而碳纤维的结构决定其模量的大小。前人只是定性地描述碳纤维结构与模量的关系，并未建立其间的定量关系。 本论文从模量的基本理论出发，通过对石墨微晶的受力分析，推导碳纤维石墨微晶模量的结构依赖性所存在的数学函数关系。通过X-射线衍射的方法，测定不同制备条件下获得碳纤维的取向角和形状因子，研究纤维结构的变化规律，并将碳纤维的计算模量与实测模量进行对比，进一步揭示影响碳纤维模量的结构因素及其规律。研究结果表明: 1.通过碳纤维石墨微晶的受力分析，推导出了微晶模量的结构依赖性函数关系:Ez=E0η(1+ηtanψ)/(cosψ+E0/E1(η)2 tanψsinψ）√1+（η）2sin（ψ+arctanη）表明微晶模量受形状因子和取向角的协同影口向。 2.随着形状因子的增大，碳纤维微晶模量先快速上升后缓慢下降。随着取向角的减小，对应的最佳形状因子η*增大，微晶模量增加。 3.不同结构的碳纤维，由结构参数获得的计算模量与力学性能测试结果基本接近，验证了模量理论分析的适用性。 4.在碳化石墨化阶段，处理温度是影响碳纤维微晶模量和结构的决定因素，温度越高，微晶取向越好，微晶结构越趋近于石墨结构，微晶模量和纤维模量就越高。在碳化阶段牵伸能有效地影响微晶的取向和微晶模量，在石墨化阶段，牵伸主要影响微晶之间的堆砌，能够提高纤维模量。 5.在碳化阶段，微晶结构不完善，微晶尺寸小，微晶模量不高，微晶模量与纤维差异不大。在石墨化阶段，微晶快速生长并沿轴取向排列，微晶模量达到相应最大值，又因为微晶堆砌的调整变得困难，所以微晶模量与纤维模量差异变大。
碳纤维;取向角;形状因子;微晶模量;结构相关性
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
曹维宇
2015
中文
TQ342.742
82
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）