激光辐照PAN基碳纤维石墨化均匀性的研究
发布时间：2021-11-18 20:31
聚丙烯腈（Polyacrylonitrile,PAN）基碳纤维是PAN基原丝经过预氧化、碳化、以及石墨化过程一系列处理后得到的一种微晶石墨材料,具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐高温以及可加工性高等优异性能,在航空航天,建筑建材,体育用品等领域具有广阔的应用前景。本课题以PAN基碳纤维为研究对象,重点探究在激光照射的条件下,碳纤维温度分布的均匀性和石墨化程度,分析温度均匀性对力学性能的影响。主要研究内容与结果如下:激光辐照发出的能量具有高斯分布的特点。首先基于激光光束能量的高斯分布特征,建立了高斯移动热源模型,从宏观结构尺度完成碳纤维材料的热力学参数传递。采用有限元法,基于Ansys/Workbench平台,设置碳纤维材料热性能参数,通过“热分析”模块施加高斯热源和温度边界条件,保证激光作用的连续性。结果表明,碳纤维丝束横截面内的温度分布主要取决于激光功率、光斑直径、走丝速度和激光数量,增大激光功率、缩小光斑直径、降低走丝速度和增加激光数量都能有效的提高纤维温度,有利于石墨化程度的提高。定义了温度均匀性指数,分析了不同条件对碳纤维温度均匀性的影响规律。求解了激光辐照移动碳纤维丝束在石墨...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１⑷凝胶纺丝ＧＴ－ＰＡＮ原丝纤维和碳纤维的照片；（ｂ，?ｃ）ＧＴ－ＰＡＮ基碳纤维的拉伸断裂表面??的ＳＥＭ图；（ｄ）?ＩＭ７碳纤维和（ｅ）?Ｔ１０００碳纤维的纤维横截面图像
呈下降趋势，在２０００?°Ｃ??时又上升，高温环境使纤维发生应力松弛，导致其缺陷变少，强度增加［１３］；在石墨化??温度逐渐升高后达到２５００°Ｃ，在热牵伸力的作用下，石墨微晶内部乱层间的应力被消??除，有利于纤维沿轴向发生择优取向，从而使拉伸模量逐渐增强。??ＰＡＮ原丝预氧化炉碳化炉石墨化炉表￥怒理收丝??＜＾?ｒ?Ｉ?１?上浆??零］丨门１?ｐ??ｉ?＼?Ｘ?＾??ＰＡＮ原丝预難?１?「；斷维＾＾??ｈ?Ｍ＇ｆ１?＇ｙ丄Ｉｆ人’＇丫、??ｃＪＪ＾?ｒ?ｉＸＣｕ??图１－２?ＰＡＮ基碳纤维制备工艺过程??Ｆｉｇ．?１－２?ＰＡＮ－ｂａｓｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??４??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维石墨化技术研究进展[J]. 张政和,杨卫民,谭晶,李好义. 化工进展. 2019(03)
[2]聚丙烯腈基高模量碳纤维导热性能的影响因素[J]. 田艳红,乔伟静,张学军,张为芹. 材料导报. 2018(10)
[3]激光石墨化过程中激光功率和牵伸力对聚丙烯腈基碳纤维化学结构和微观结构的影响[J]. 黎三洋,张有忱,沙扬,姚良博,谭晶,李好义,曹维宇,杨卫民. 化工进展. 2018(02)
[4]激光与碳纤维相互作用的研究现状及发展趋势[J]. 姚良博,谭晶,杨卫民,李好义,黎三洋,沙扬. 材料导报. 2017(S2)
[5]激光隧道炉炭纤维超高温石墨化处理方法[J]. 谭晶,沙扬,黎三洋,姚良博,王晗,张凯,阎华,李好义,曹维宇,杨卫民. 炭素技术. 2016(06)
[6]自力更生——我国高性能纤维产业发展必然之路[J]. 新材料产业. 2016(03)
[7]高模量碳纤维在中国宇航结构产品上的应用现状及实现自我保障的建议[J]. 陶积柏,黎昱,张玉生,梁龙,陈维强. 材料科学与工艺. 2015(06)
[8]碳纤维复合材料在汽车工业中的应用[J]. 赵艳荣,胡平,梁继才,张文杰. 合成树脂及塑料. 2015(05)
[9]气流环境中碳纤维/环氧树脂复合材料烧蚀羽烟对激光透射率的影响[J]. 彭国良,张相华,高银军,刘卫平. 中国激光. 2015(02)
[10]利用飞秒激光加工碳纤维(英文)[J]. 董志伟,郑立威,姜涛,赵煦,赵阳,赵清亮,刘宏斌,陈德应,夏元钦. 强激光与粒子束. 2014(11)
博士论文
[1]聚丙烯腈纤维在热处理过程中的结构演变与控制[D]. 秦显营.东华大学 2012
[2]连杆/箱体主轴承座裂解槽脉冲激光加工数值模拟及试验研究[D]. 王金伟.吉林大学 2011
硕士论文
[1]HPT叶尖间隙的热固耦合分析及对EGTM的影响研究[D]. 汪晗.中国民航大学 2019
[2]聚酰亚胺纤维热处理过程及其结构和性能的研究[D]. 王秀江.北京化工大学 2012
本文编号：3503568
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１⑷凝胶纺丝ＧＴ－ＰＡＮ原丝纤维和碳纤维的照片；（ｂ，?ｃ）ＧＴ－ＰＡＮ基碳纤维的拉伸断裂表面??的ＳＥＭ图；（ｄ）?ＩＭ７碳纤维和（ｅ）?Ｔ１０００碳纤维的纤维横截面图像
呈下降趋势，在２０００?°Ｃ??时又上升，高温环境使纤维发生应力松弛，导致其缺陷变少，强度增加［１３］；在石墨化??温度逐渐升高后达到２５００°Ｃ，在热牵伸力的作用下，石墨微晶内部乱层间的应力被消??除，有利于纤维沿轴向发生择优取向，从而使拉伸模量逐渐增强。??ＰＡＮ原丝预氧化炉碳化炉石墨化炉表￥怒理收丝??＜＾?ｒ?Ｉ?１?上浆??零］丨门１?ｐ??ｉ?＼?Ｘ?＾??ＰＡＮ原丝预難?１?「；斷维＾＾??ｈ?Ｍ＇ｆ１?＇ｙ丄Ｉｆ人’＇丫、??ｃＪＪ＾?ｒ?ｉＸＣｕ??图１－２?ＰＡＮ基碳纤维制备工艺过程??Ｆｉｇ．?１－２?ＰＡＮ－ｂａｓｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??４??
?北京化工大学硕士学位论文???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??图１－６?（ａ）基于激光的碳纤维制备和（ｂ）内部处理腔实验装置图??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??为了研宄激光辐照对碳纤维表面化学结构的影响，沙洋等ｔ５４ｉ在自行设计的二氧化??碳激光炉中，对聚丙烯腈基碳纤维进行激光石墨化处理，测得不同激光功率密度的条??件下碳纤维石墨化的拉曼光谱（如图１－７所示），研宄认为，当激光功率密度增大时，??在ｃｏ２激光光热效应下对缺陷进行退火，从而获得高质量的石墨化材料。??Ｇ??Ｐ?Ｊ＼＾?６．６５?ｋＷ／ｃｍ２??＾?ｙｙ６，１９?ｋｗ細２??１?八?人?５．７３?ｋＷ／ｃｍ２??？运??ｙ＼＾?＾／＼＾．２７?ｋＷ／ｃｍ２??三?＾＾／／Ｖ＾ｙ＾Ｙ４．８１?Ｗｃｍ２??＂，／／＾＼＾ａｓ－ｒｅｃｉｅｖｅｄ???，?ｊ?，???１０００?１５００?２０００??Ｒａｍａｎ?ｓｈｉｆｔ?／ｃｍ１??图１－７在不同Ｃ０２激光功率密度下获得的被接收碳纤维和辐照碳纤维的
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维石墨化技术研究进展[J]. 张政和,杨卫民,谭晶,李好义. 化工进展. 2019(03)
[2]聚丙烯腈基高模量碳纤维导热性能的影响因素[J]. 田艳红,乔伟静,张学军,张为芹. 材料导报. 2018(10)
[3]激光石墨化过程中激光功率和牵伸力对聚丙烯腈基碳纤维化学结构和微观结构的影响[J]. 黎三洋,张有忱,沙扬,姚良博,谭晶,李好义,曹维宇,杨卫民. 化工进展. 2018(02)
[4]激光与碳纤维相互作用的研究现状及发展趋势[J]. 姚良博,谭晶,杨卫民,李好义,黎三洋,沙扬. 材料导报. 2017(S2)
[5]激光隧道炉炭纤维超高温石墨化处理方法[J]. 谭晶,沙扬,黎三洋,姚良博,王晗,张凯,阎华,李好义,曹维宇,杨卫民. 炭素技术. 2016(06)
[6]自力更生——我国高性能纤维产业发展必然之路[J]. 新材料产业. 2016(03)
[7]高模量碳纤维在中国宇航结构产品上的应用现状及实现自我保障的建议[J]. 陶积柏,黎昱,张玉生,梁龙,陈维强. 材料科学与工艺. 2015(06)
[8]碳纤维复合材料在汽车工业中的应用[J]. 赵艳荣,胡平,梁继才,张文杰. 合成树脂及塑料. 2015(05)
[9]气流环境中碳纤维/环氧树脂复合材料烧蚀羽烟对激光透射率的影响[J]. 彭国良,张相华,高银军,刘卫平. 中国激光. 2015(02)
[10]利用飞秒激光加工碳纤维(英文)[J]. 董志伟,郑立威,姜涛,赵煦,赵阳,赵清亮,刘宏斌,陈德应,夏元钦. 强激光与粒子束. 2014(11)
博士论文
[1]聚丙烯腈纤维在热处理过程中的结构演变与控制[D]. 秦显营.东华大学 2012
[2]连杆/箱体主轴承座裂解槽脉冲激光加工数值模拟及试验研究[D]. 王金伟.吉林大学 2011
硕士论文
[1]HPT叶尖间隙的热固耦合分析及对EGTM的影响研究[D]. 汪晗.中国民航大学 2019
[2]聚酰亚胺纤维热处理过程及其结构和性能的研究[D]. 王秀江.北京化工大学 2012
本文编号：3503568
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