PAN基碳纤维成形和表面处理中的弱节生成与抑制机理

论文题目: PAN基碳纤维成形和表面处理中的弱节生成与抑制机理

论文类型: 博士论文

论文专业: 纺织材料与纺织品设计

作者: 姚江薇

导师: 于伟东

关键词: 基碳纤维,弱节,结构,拉伸性能,表面处理,形貌观察

文献来源: 东华大学

发表年度: 2005

论文摘要: 纤维的断裂只发生在力学性质最弱处,因此,纤维的强伸性能取决于弱节处的结构,而非整体或平均的结构参数。本文以碳纤维弱节结构的研究为主要内容,探讨了碳纤维弱节结构对其强度及离散的影响及碳纤维在表面处理过程中弱节结构的变化情况。这样,针对各种弱节结构可能的出现原因,就可以找到有利于抑制这些弱节结构的工艺参数。本文将为提高碳纤维强度、稳定碳纤维性能这一目标提供基础理论研究。首先需要精确获得碳纤维拉伸性能的测试结果。本文讨论了碳纤维强伸实验的影响因素。碳纤维是脆性纤维,强伸性能的测量过程中会引入各种损伤,导致实验误差,不能准确地表征碳纤维的强度及其离散。本文将分别讨论实验中可能的影响因素,如拉伸时纤维的预张力,粘结点的位置与粘结效果,拉伸方向是否平行与纤维轴向等,就上述因素对试验结果的影响程度进行了评价,并提出了相应的校正方法,以剔除不正规实验操作对碳纤维强度及离散测量结果的影响,确保较精准的测量碳纤维的强度及离散,做到真实的力学特征与弱节结构观察相联系。为了观察碳纤维的弱节结构,必须获得碳纤维的真实断面,本文讨论了能够得到较高碳纤维拉伸断裂端保持率的实验方法。本文讨论了碳纤维弱节的两种表现形式—强度离散和体积效应。碳纤维的弱节结构各不相同,碳纤维的拉伸性能也就各不相同,这是纤维的强度离散的本质原因。本文对碳纤维的断裂强力分布、断裂应力分布、断裂应变分布和模量分布与韦伯分布及高斯分布的拟和相关程度一一进行了讨论。此外,碳纤维弱节还有另一种表现形势—碳纤维的体积效应。碳纤维的体积效应是指在碳纤维的强伸性能测试过程中,测试隔距越长,直径越大,其拉伸强度就越低。本文从测试隔距和直径两方面讨论了试样体积对测得强度的影响,并讨论了体积离散对碳纤维力学性能离散的影响。其次要表征碳纤维的弱节结构特征。本文以碳纤维的断裂应力为依据对碳纤维进行分组,通过碳纤维拉伸断面与其强度一一对应的原位SEM观察法分析

论文目录:

第一章引言

1.1 碳纤维的发展概况

1.2 提高碳纤维力学性能的空间和途径

1.3 纤维弱节的研究现状

1.4 弱节的分类及主要研究方法

1.5 碳纤维单丝的强伸性能测量

1.6 本论文的研究意义和主要内容

1.7 本论文的创新点

第二章碳纤维单丝强伸实验方法及精度探讨

2.1 ASTM D3379标准实验方法

2.2.1 ASTM D3379标准测试步骤

2.1.2 各力学性能指标计算

2.2 改进实验方法

2.2.1 系统柔量 C_s的计算方法

2.2.2 预加张力

2.2.3 粘结效果

2.2.4 非轴向拉伸

2.2.5 误差分析

2.3 断面保留

2.4 本章小结

第三章碳纤维弱节的表现形式

3.1 实验准备

3.1.1 实验材料

3.1.2 实验试剂

3.1.3 细度测量系统及方法

3.1.4 力学性能测量系统

3.1.5 实验方法与步骤

3.2 各力学指标及其离散

3.2.1 断裂强力 F

3.2.2 断裂应力 σ_b

3.2.3 模量 E

3.2.4 断裂比功 W

3.2.5 断裂应变 ε_b

3.2.5 测得分布参数与拟和分布参

3.2.6 强力分布与应力分布对比

3.3 碳纤维的体积效应

3.3.1 试样长度效应

3.3.2 试样细度效应

3.3.3 试样体积效应

3.4 本章小结

第四章碳纤维弱节的结构特征分析

4.1 脆性纤维断面分析理论

4.1.1 脆性拉伸断裂及过程

4.1.2 脆性拉伸断面分析理论

4.2 碳纤维断面分析

4.2.1 高强碳纤维断面观察和分析

4.2.2 低强碳纤维断面观察和分析

4.2.3 中强碳纤维断面观察和分析

4.2.4 分析和讨论

4.3 各种缺陷可能的起源

4.3.1 碳纤维原丝缺陷

4.3.2 预氧化碳化过程中引入的缺陷

4.3.3 对生产过程的几点建议

4.4 本章小结

第五章碳纤维的表面处理及弱节变化

5.1 碳纤维的表面处理现状综述

5.2 碳纤维的表面处理实验

5.2.1 实验材料

5.2.2 实验设备

5.2.3 处理条件

5.2.4 实验步骤

5.3 碳纤维的表面浸润性表征

5.3.1 测试过程及测试原理

5.3.2 碳纤维表面浸润性测试结果

5.3.3 碳纤维表面浸润性的时间效应

5.4 表面处理后碳纤维的强度变化

5.4.1 碳纤维表面处理对强伸性能的影响

5.4.2 碳纤维表面处理后强伸性随时间的变化

5.5 表面处理后碳纤维的弱节结构变化

5.6 本章小结

第六章结论

参考文献

附录

致谢

发布时间: 2006-05-19

参考文献

[1].硼催化法制备高模碳纤维工艺及机理的研究[D]. 田艳红.北京化工大学1997
[2].包覆型短碳纤维的制备和电磁性能的研究[D]. 喻冬秀.华南理工大学2007
[3].碳纤维表面化学修饰及其复合材料界面性能研究[D]. 马丽春.哈尔滨工业大学2016
[4].碳纤维表面多尺度组元构筑及其复合材料界面性能研究[D]. 王彩凤.哈尔滨工业大学2017
[5].碳纤维表面生长碳纳米管/碳纳米纤维及其增强复合材料的研究[D]. 范汶鑫.山东大学2016
[6].碳纤维表面和界面性能研究及评价[D]. 张焕侠.东华大学2014
[7].临界条件下碳纤维表面清洗及氧化的研究[D]. 范大鹏.哈尔滨工业大学2013
[8].重氮反应修饰碳纤维表面及其复合材料界面性能研究[D]. 王宇威.哈尔滨工业大学2016
[9].碳纤维表面能、表面粗糙度及化学组成的表征[D]. 郭慧.哈尔滨工业大学2010
[10].聚丙烯腈基碳纤维的表面修饰及复合性能研究[D]. 吴波.天津工业大学2017

PAN基碳纤维成形和表面处理中的弱节生成与抑制机理

猜你喜欢