碳纤维宏微观构造与力学性能的相关性研究

发布时间：2023-09-17 08:43

　　作为新材料代表之一的碳纤维,因具有重量轻、强度高、柔软易加工、其复合材料可设计性强、便于整体成型等特点广泛用于航空、航天、风力发电、体育用品等领域,也是武器装备最重要的基础材料之一。为了提高国产碳纤维质量并开发出更高品质的碳纤维,进行了大量的性能测试和表征,如何根据碳纤维性能特点,针对性的改进其生产工艺,对碳纤维的开发研究具有重要意义。为此,本文选取了5个主要碳纤维生产企业生产的3大类共计14种碳纤维,在确定碳纤维力学性能的可靠性表征方法的同时,从碳纤维宏微观构造与力学性能的相关性开展研究,希望能够为碳纤维的产品开发、工程应用和生产提供一定的数据基础和预测模型。通过采用扫描电子显微镜对碳纤维的截面形貌进行测试发现,碳纤维的截面是不规则的圆形,现用的测试和计算碳纤维直径的方法如光学显微镜法测得直径偏大,拉伸强度偏小,线密度-体密度法测得直径偏小,拉伸强度偏大,给碳纤维拉伸强度的测算引入一定的误差。本文提出了一种利用碳纤维截面扫描电子显微镜图片获取碳纤维横截面积的便捷方法,既提高了碳纤维单丝拉伸强度的测试分析精度,又为本文的后续分析提供了可靠的数据基础。通过采用元素分析仪、拉曼光谱和X射线...

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 碳纤维的分类和发展
        1.2.2 碳纤维的结构研究
        1.2.3 碳纤维的力学性能研究
    1.3 存在的主要问题
    1.4 本文主要研究内容
第2章 碳纤维拉伸强度的实验测试方法分析
    2.1 引言
    2.2 碳纤维直径的表征
        2.2.1 体密度和线密度的实验测试
        2.2.2 截面形貌表征
        2.2.3 碳纤维单丝直径的表征和对比
    2.3 碳纤维拉伸强度的测试和对比
    2.4 本章小结
第3章 碳纤维石墨化度与拉伸强度的相关性分析
    3.1 引言
    3.2 碳纤维石墨化程度参数的实验测试
        3.2.1 元素含量的测试和结果
        3.2.2 石墨化度R的测试和结果
        3.2.3 碳纤维微晶层间距d₀₀₂的测试和结果
    3.3 石墨化程度参数与拉伸强度的相关性分析
        3.3.1 碳含量与拉伸强度相关性分析
        3.3.2 碳纤维石墨化度、微晶层间距与拉伸强度的相关性分析
    3.4 本章小结
第4章 碳纤维微观结构与拉伸强度的相关性分析
    4.1 引言
    4.2 微观结构参数的实验测试
        4.2.1 微晶结构参数的测试和结果
        4.2.2 微孔结构参数的测试和结果
    4.3 碳纤维微观结构与拉伸强度的相关性分析和验证
        4.3.1 碳纤维拉伸强度与微观结构的相关性分析
        4.3.2 碳纤维拉伸强度与微观结构的回归模型及显著性检验
        4.3.3 碳纤维拉伸强度与微观结构的相关性机理验证
    4.4 本章小结
第5章 碳纤维微孔结构与Weibull模数及断裂韧性的相关性分析
    5.1 引言
    5.2 Weibull模数和断裂韧性的计算
        5.2.1 Weibul模数的计算和结果
        5.2.2 断裂韧性的计算和结果
    5.3 碳纤维微孔结构与Weibull模数的相关性分析和验证
        5.3.1 碳纤维Weibull模数与微孔结构参数的相关性分析
        5.3.2 碳纤维Weibull模数与微孔结构参数的回归模型及显著性检验
        5.3.3 碳纤维Weibull模数与微孔结构的相关性机理验证
    5.4 碳纤维微孔结构与断裂韧性的相关性分析和验证
        5.4.1 碳纤维断裂韧性与微孔结构参数的相关性分析
        5.4.2 碳纤维断裂韧性与微孔结构参数的回归模型及显著性检验
        5.4.3 碳纤维断裂韧性与微孔结构的相关性机理验证
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历



本文编号：3847390