pan基碳纤维微结构特征的研究

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1、摘要PAN基碳纤维微结构特征的研究碳纤维的机械性能是由其结构决定的。目前，碳纤维的强度和模量远远低于其理论值。因此，认清高性能碳纤维的结构特征，掌握碳纤维结构对性能的影响机理，对提高碳纤维的性能具有重要的指导意义。本论文利用X射线衍射(Ⅺ①)、拉曼光谱(Raman)、元素分析、扫描电镜(SEM)等表征手段，分别从聚集态结构，化学结构和形貌三个方面对几种高性能PAN基碳纤维的微观结构进行了研究，揭示了不同性能碳纤维微观结构的差异，并初步讨论了微观结构对碳纤维机械性能的影响机理。最后，对国产碳纤维的机械性能进行了预测及验证。研究结果表明：1．高强系列碳纤维晶面间距

2、相对较大，高强高模系列碳纤维晶面间距相对较小；高强系列碳纤维晶粒尺寸相对较小，高强高模系列晶粒尺寸相对较大；高强低模碳纤维取向度最低，高强中模碳纤维居中，高强高模碳纤维最高。2．碳纤维的石墨碳含量越高，其模量越高。取向度越高，碳纤维模量越高。晶粒尺寸在比较小时对碳纤维模量影响不明显，增大到～定程度后，随着尺寸的增大，碳纤维模量明显提高。3．碳纤维的微晶是由数层石墨片层组成的。其中，T300和T700的微晶包含5层石墨片层，T800和T1000包含6层，M40J包含10层，北京化T大学顾。I?学位论文M55J包含17层，M60J包含20层。关键词：PAN基碳纤维

3、；取向度：晶面间距；晶粒HABSTRACTStudyonMicrostructureofPAN—basedCarbonFiberABSTRACTThemechanicalpropertiesofcarbonfibersarecontrolledbyit’sstllJcture．ButthestrengthandYoun97smodulusofcarbonfibersaremuchlowerthanthetheoreticfigure．Sorecognizingthestmcturecharacterofcarbonfiberandpredominatingth

4、erelationshipbetweenmicrostmcmreandmechanicalpropertiesisimpoIrtanttoimproVethepropertiesofcarbonfibers．ThemicrostmctureofseVeralhighperfomancecarbonfiberswasinVestigatedf如mmo印hology’chemicalstmctureandtopogr叩hybyX—raydi伺晒ction，RamanspectroscopyandSEM．Thedistinctionofmicrostlllcmreo

5、fdif．ferentcarbonfiberswasanalyzed，andtherelationshipbetweenmicrostmctureandmechanicalpropertieswassmdied．Thepe墒rrIlanceofdomesticcarbonfiberwasalsof．orecastedandvalidated．Resultsshowedthat：1．Crystalplanespacingofhi曲strengthcarbon丘bersarebiggerthanhighstrengthandhighmodulusca而onfibe

6、rs；(打ainsizeofhighstren寸hcarbonfibersaresmallerthanhighstren舀handhighmoduluscarbonfibers；Intennsofo打entationdegree，h培hstrengthandlowmoduluscarbonfibersare10west，highstrengmandhighmoduluscarbonfibersarehi曲est，highstrengthandmiddlemoduluscarbonfibersaremedial．2．Withincreasingofgraphit

7、izedcarbon，theYoung7smodulusofcarbonfibersimproVed；、Mthincreasingoforientationdegree，theYoung’smodulusIII北京化工大学顾十学位论文ofcarbonfiberimproVed；Theefrectf．romgrainsizetotheYoung’smodulusofcarbonfiberisnotobViouslywhenthesizeisVe拶small，butwhenthegrainincreasedtoaVe巧size，withincreasingofgr

8、ainsize，theYoung’sm