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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....
[专利] 发明专利 CN201910346739.0
北京化工大学 2019-07-23
摘要:本发明公开了一种碳纤维激光石墨化上浆设备及方法,设备主要由放丝装置、牵引装置A、气封端盖、石墨化炉主体、包覆机头、挤出机、烘干装置、牵引装置B、收丝装置组成。这些装置依次布置,气封端盖通过螺栓固定在石墨化炉主体的左端,石墨化炉主体的右端连接上浆包覆机头,在包覆机头侧面与一台小型挤出机相连,包覆机头的右侧依次安装烘干装置、牵引装置B和收丝装置。本发明中石墨化炉出口直接与包覆机头相连接,省去了出口处的惰性气体密封,节省了氩气的使用量。上浆剂经过挤压,质地均匀密实,与纤维表面紧密贴合,由于在有压力的环境下上浆,上浆剂的结膜性比在上浆剂浆槽中浸渍效果更好,纤维表面皮膜更加致密,提升制备复合材料的性能。
[专利] 实用新型 CN201621345386.0
北京化工大学 2017-08-08
摘要:本实用新型公开了一种碳纤维可控激光式超高温石墨化装置,主要包括放丝装置、密封装置、炉体、可控激光器、观测摄像机、气阀、气管、微型抽气泵、石英玻璃视窗、超高温红外测温仪、氩气净化机和收丝装置,炉体侧壁碳纤维出入口处有有入口密封和出口密封,入口密封和出口密封有氩气注入口和碳纤维穿过,炉体还有气体出口和氩气入口,气体出口连接气阀、气管、微型抽气泵;微型抽气泵由气管连接在炉体的出气口处;可控激光器的激光头固定在炉体上用来对碳纤维进行超高温加热;超高温红外测温仪可以通过石英玻璃视窗实时测量加热点温度,并将数据传送至控制器,控制器实时控制收放丝装置的速度和可控激光器的功率,从而保证加热区域的温度保持动态平衡。
[专利] 发明专利 CN201611125979.0
北京化工大学 2017-03-22
摘要:本发明公开了一种碳纤维可控激光式超高温石墨化装置,主要包括放丝装置、密封装置、炉体、可控激光器、观测摄像机、气阀、气管、微型抽气泵、石英玻璃视窗、超高温红外测温仪、氩气净化机和收丝装置,炉体侧壁碳纤维出入口处有有入口密封和出口密封,入口密封和出口密封有氩气注入口和碳纤维穿过,炉体还有气体出口和氩气入口,气体出口连接气阀、气管、微型抽气泵;微型抽气泵由气管连接在炉体的出气口处;可控激光器的激光头固定在炉体上用来对碳纤维进行超高温加热;超高温红外测温仪可以通过石英玻璃视窗实时测量加热点温度,并将数据传送至控制器,控制器实时控制收放丝装置的速度和可控激光器的功率,从而保证加热区域的温度保持动态平衡。
[硕士论文] 黎三洋
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要: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。
[专利] 实用新型 CN201520301115.4
北京化工大学 2015-09-23
摘要:本实用新型公开了一种制备热塑性弹性体制品的3D打印装置,主要由物料熔融输送单元、物料挤出单元、三维坐标平台和机架等组成;在物料挤出单元中,熔融塑化后的物料通过热流道充满阀体,阀体喷嘴的开合由阀针控制,阀针固定在具有一定弹性变形能力和隔热能力的隔热体上,在隔热体上方用弹簧和电磁铁施加相应的力使得熔融物料在阀体内产生的压力与之平衡,从而使得阀针能将喷嘴封死,当控制器控制电磁铁按一定规律间歇性上下运动时,阀针由于力的平衡打破也相应的上下运动,从而使喷嘴不断的打开和关闭形成微滴;微滴在三维平台上冷却沉积成型,最终打印出制品。本实用新型可按不同的时序喷出不同材质微滴或熔丝,可打印软硬复合材料和具有多功能梯度制品。
[专利] 发明专利 CN201510237639.6
北京化工大学 2015-08-19
摘要:本发明公开了一种制备热塑性弹性体制品的3D打印装置,主要由物料熔融输送单元、物料挤出单元、三维坐标平台和机架等组成;在物料挤出单元中,熔融塑化后的物料通过热流道充满阀体,阀体喷嘴的开合由阀针控制,阀针固定在具有一定弹性变形能力和隔热能力的隔热体上,在隔热体上方用弹簧和电磁铁施加相应的力使得熔融物料在阀体内产生的压力与之平衡,从而使得阀针能将喷嘴封死,当控制器控制电磁铁按一定规律间歇性上下运动时,阀针由于力的平衡打破也相应的上下运动,从而使喷嘴不断的打开和关闭形成微滴;微滴在三维平台上冷却沉积成型,最终打印出制品。本发明可按不同的时序喷出不同材质微滴或熔丝,可打印软硬复合材料和具有多功能梯度制品。
[专利] 发明专利 CN201410543384.1
北京化工大学 2015-01-21
摘要:本发明公开一种激光隧道反射法轴芯聚焦碳纤维石墨化炉,主要包括可调功率激光发生器、红外测温联动控制装置、非接触式迷宫密封装置、石英玻璃管、光散射装置和牵引装置,碳纤维位于石英玻璃管的轴芯,碳纤维从石英玻璃管的进丝口经由非接触式迷宫密封装置进入石英玻璃管内,碳纤维由牵引装置在施加一定牵引力下以一定的速度移动,炉内充满高纯度惰性气体,本发明位于石英玻璃管进丝口一端的可调功率激光发生器经由激光分配器产生多路激光,激光发射头相对于石墨化炉的石英玻璃管轴芯轴对称均匀布置,使得多路激光相对轴芯以相同角度照射在带有镜面的石英玻璃管加热区内壁上产生多次反射并在轴芯处聚焦,从而对碳纤维进行快速加热,能量利用率高。
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