PAN基碳纤维高温激光石墨化工艺及连续化生产设备的研究
碳纤维作为高性能材料在航空航天、汽车行业、新能源、休闲用品领域等具有广阔的应用前景，目前国内碳纤维相关行业也发展迅猛，但是在高性能碳纤维的制备上仍无法满足国家及相关行业的需求，需要解决碳纤维高温石墨化目前所遇到的技术问题。在制备高性能碳纤维方面，超高温石墨化炉和超高温热处理技术是关键的技术难点，本文采用碳纤维激光超高温石墨化方法，基于激光石墨化技术制备高性能碳纤维，探索激光石墨化工艺与碳纤维微观结构、宏观性能的关系，为采用激光超高温石墨化法制备高性能碳纤维提供一定的参考依据。本文主要研究内容如下: (1)对碳纤维激光石墨化方法进行了探索和验证，确认了原理的可行性，并根据碳纤维激光石墨化原理设计了相关的实验平台进行实验探索，基于实验平台制备一系列不同条件下的碳纤维试样，利用拉曼光谱和XRD射线衍射研究了不同条件下碳纤维样品的化学结构与微观结构，利用扫描电镜研究了激光处理后碳纤维表面的变化情况。 (2)基于前期实验探索和相关实验平台的设计与改进，根据实验总结出的设备参数和工艺参数进一步设计制造了碳纤维超高温激光石墨化设备，该设备实现了碳纤维激光超高温连续石墨化过程，为后续实验研究提供了平台支持。 (3)实验结果表明经过激光石墨化处理之后的碳纤维石墨化程度显著提高，且在一定的功率范围内随着激光功率的增大，碳纤维微观结构的有序性逐步增大，石墨化程度得到提高，石墨微晶尺寸Lc和La增大，石墨微晶层间距减小，微晶堆砌层数增多;牵伸力的增大在一定程度上也可以促进激光石墨化程度的提高，迫使碳纤维沿纤维轴向择优取向;延长激光石墨化时间同样可以提高碳纤维石墨化程度;经过激光处理之后的碳纤维微观表面出现了一些缺陷，碳纤维拉伸强度出现了下降，但是模量得到提高。
碳纤维;激光石墨化;生产设备;微晶尺寸
北京化工大学
硕士
机械工程
张有忱;侯克伟
2018
中文
TQ342.742;TQ340.6
97
2018-09-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）