高强高模碳纤维一条龙试制路线的设计模块及高等规聚丙烯腈预氧化成环机理的研究

论文摘要

碳纤维是指在化学组成中碳元素质量分数在90%以上的纤维状的碳素材料。聚丙烯腈基(PAN)碳纤维是1960年代迅速发展起来的新型材料,因其具有质量轻、比强度高、比模量高、耐高温、耐腐蚀、耐磨、抗疲劳、导电、导热等优异性能,被广泛应用于卫星、运载火箭、战术导弹、宇宙飞船等军工行业,已成为航天航空工业中不可缺少的材料。我国研制碳纤维已有30余年的历史,初步建立起工业雏形,但是生产的碳纤维质量至今仍处于低水平,与国外的PAN碳纤维差距巨大,无论从性能还是产能上都相差很多。制约了我国航天及军工方面的发展本论文第一部分针对高强高模聚丙烯腈基碳纤维的结构性能与生产工艺的关系,提出了包括聚丙烯腈基碳纤维原液合成纯化、原丝生产、预氧化、碳化、石墨化的一条龙试验线设备模块设计图,经过调试试运转,证实了模块设计的合理性；通常,PAN基纤维的质量除了受工艺条件之外,还受到自身的微观结构的影响。其分子链空间构型即等规度对纤维原丝质量及最终碳纤维的影响很大。本文第二篇运用第四统计力学,讨论了高等规度和无规聚丙烯腈在预氧化过程中从线形结构过渡到环型有序结构的环化机理,并分别计算出活化能,指出高等规度聚丙烯腈比无规聚丙烯腈更易于环化,为制备高度石墨化结构的高强高模碳纤维提供了理论的依据。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 第四统计力学—群子统计力学内涵
• 1.1 统计力学的历史回顾
• 1.1.1 Maxwell-Boltzmann统计理论
• 1.1.2 Bose-Einstein统计理论
• 1.1.3 Fermi-Dirac统计理论
• 1.1.4 三种统计力学理论方程的比较
• 1.1.5 统计力学的基本假设
• 第二章 第四统计力学理论的创立
• 2.1 第四统计力学的基本方程式的推导
• 2.2 定理及引理的证明
• 2.2.1 定理1的证明
• 2.2.2 定理2的证明
• 2.2.3 引理1的证明
• 2.2.4 引理的推论
• 2.3 群子理论与量子统计理论之间的对比
• 2.3.1 费密—狄拉克统计体系
• 2.3.2 玻色—爱因斯坦统计体系
• 2.3.3 马克斯威统计体系
• 2.4 第四统计力学理论的应用
• 第三章 实验部分
• 3.1 主要原料
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 高等规PAN的合成
• 3.2.2 无规PAN的合成
• 3.2.3 产品的纯化
• 3.2.4 产品的预氧化
• 3.3 测试仪器
• 13C NMR谱图分析'>3.3.1¹³C NMR谱图分析
• 3.3.2 XRD衍射谱图分析
• 第四章 用第四统计力学对环化过程的计算
• 4.1 数据的获得
• 4.1.1 PAN的等规度的测定
• 4.1.2 预氧化反应进行XRD分析
• 4.1.3 环状结构和线形结构的表征
• 4.2 计算方程式的推导
• 1、R₂值'>4.3 计算K、R₁、R₂值
• 4.3.1 关于R1、R2的分析
• 4.3.2 关于活化能的分析
• 结论
• 参考文献
• 学术研究成果及发表的学术论文
• 致谢
• 作者和导师简介
• 附件