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摘要:采用自制的高温激光石墨化平台对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行石墨化处理,分别在不同激光功率和不同牵伸力条件下制备了多种碳纤维实验样品,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和微观结构.结果表明:在牵伸力不变时,随着激光功率的增大,碳纤维石墨化程度提高,当激光功率增大到一定值时,单方面继续提高激光功率对于提高碳纤维石墨化程度的影响将变小;在激光功率一定时,随着牵伸力的增大,石墨微晶尺寸Lc、La均逐渐增大,而d002和取向角逐渐减小,在激光石墨化过程中,施加一定的牵伸力可以促使碳纤维中的石墨微晶沿纤维轴方向择优取向,改善微晶尺寸、减少石墨微晶层间距、提高微晶堆砌层数....
摘要:由于高比强度、比模量等优良特性,碳纤维成为轻量化制造业的关键原材料之一,拥有广阔的发展潜力,然而高成本、低产率及工艺缺陷等弊端限制了其发展.激光技术的引入给碳纤维的加工制备提供了新的方向.概述了激光与碳纤维相互作用的最新研究进展,详细介绍了激光在加工、制备碳纤维各工艺过程中的作用机制,总结了激光技术在碳纤维复合材料生产加工领域的研究进展,最后分析和展望了激光辅助加工制备碳纤维过程目前仍存在的一些问题及可能的发展方向、应用前景....
摘要:为突破现有炭纤维石墨化炉温度低、能耗高的技术瓶颈,提出一种采用激光加热技术的炭纤维超高温石墨化方法,并研制一套炭纤维超高温石墨化激光隧道炉实验装置.利用激光在氩气气氛中照射PAN基炭纤维进行石墨化处理,根据Raman光谱和X射线衍射分析(XRD)对激光石墨化处理的炭纤维试样的化学结构和微晶结构进行表征.结果表明,激光隧道炉超高温热处理的炭纤维无序碳含量和晶面间距大幅减小,晶粒尺寸变大,石墨化程度有显著提升,验证了该设备和方法的可行性;通过调整工艺参数可实现3 000℃超高温条件下石墨纤维连续生产的可控制备....
[硕士论文] 姚良博
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:碳纤维以其优异的性能在各领域受到广泛的关注,尤其是高模量碳纤维在空间探索领域备受青睐。当前高模量碳纤维的发展陷入瓶颈,模量难以得到进一步的提升,成本居高不下,大大限制了其在其他领域的应用。
  本文首先综述了碳纤维、激光与碳纤维作用的研究现状,之后针对高温处理和“类石墨结构模板”诱导法这两种有效提高碳纤维模量的方法提出了具体的方案,并进行了实验和模拟研究。主要工作如下:
  1、搭建碳纤维激光石墨化实验平台并开展实验。利用Raman和XRD对所得实验样品进行微观结构表征,利用SEM观察碳纤维表面微观形貌,并对碳纤维样品进行单丝拉伸测试。基于上述表征及测试结果,表明基于激光辐照实现PAN基碳纤维石墨化的有效性。
  2、利用反应分子动力学方法模拟研究碳纤维激光碳化过程与传统热处理诱导碳纤维碳化的不同,发现激光诱导过程由于激光具有使物体快速升温的特性,给辐射的碳纤维带来一定的冲击性,致使纤维内部分子波动加剧,与周边原子发生碰撞和反应的几率增大,从而最后形成更多的类石墨结构,具有更好的碳化效果。
  3、利用反应分子动力学方法针对添加纳米石墨烯结构在聚丙烯腈基碳纤维碳化过程中的“模板”作用机理进行了深入的研究,从原子活性的角度揭示了纳米石墨烯结构在诱导杂质原子的移除过程及石墨层状结构的形成机理,表明了添加有纳米类石墨结构的聚丙烯腈基纤维可以在较低温度下制备得到高模量碳纤维的原因。
[专利] 发明专利 CN201410545101.7
北京化工大学 2015-03-04
摘要:本发明公开激光隧道炉光束微积分聚焦方法及装置,首先高功率激光发射器产生激光且光斑直径可调,随后将激光束通入一分多光路分配器中将单束激光分均为多条等能量、等光斑的激光束,然后激光束通过光纤导入激光束发射头,激光束发射头固定于支架上,支架上的安装孔的轴心的延长线与碳纤维的轴芯相交,多条激光束聚焦在穿过支架中心的碳纤维上。本发明激光隧道炉光束微积分方法及装置,通过一分多光路分配器的微分作用产生多条等能量、等光斑的激光束,解决了由于多台激光发生器而引起的成本高的问题。由于激光发射头支架的特殊结构,保证了激光束周向聚焦,进一步实现对碳纤维的周向均匀加热的目的,并且解决了通过透镜聚焦而引起的能量损失问题。
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