2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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1、碳纖維具有許多優(yōu)良的性能,高強(qiáng)高模、低密度等,廣泛應(yīng)用于各種不同領(lǐng)域,按生產(chǎn)原料不同一般分為聚丙烯腈基、粘膠基、瀝青基碳纖維,并大規(guī)模投入生產(chǎn)。各種碳纖維由于在強(qiáng)度模量以及其他性能的差異廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域。
  其中粘膠基碳纖維原料來源廣泛,熱穩(wěn)定性好導(dǎo)熱系數(shù)低,在隔熱、耐燒蝕等等方面有不可替代的作用,但一般性能的粘膠碳纖維其強(qiáng)度和模量普遍低于PAN基和瀝青基碳纖維,限制了其在其他方面的應(yīng)用,另一方面國外已能制備出高性能粘膠碳纖維

2、,國內(nèi)比較落后。因此,研究制備高強(qiáng)高模粘膠基碳纖維是很有意義的。
  高強(qiáng)度和高模量的碳纖維一般具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu),通常有高的取向度,合適的微晶尺寸,高密度低孔隙率,較少的缺陷等特點(diǎn)。研究表明高溫石墨化處理,能使纖維的石墨化程度提高,微晶尺寸增多增大,擇優(yōu)取向性更好,從而提高了楊氏模量。通常纖維結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系取決于溫度、牽伸應(yīng)力和處理時(shí)間。因此,本文的工作目的是,探索牽伸石墨化對(duì)粘膠基碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響,通過理論模型對(duì)

3、熱牽伸石墨化與力學(xué)性能的關(guān)系進(jìn)行定量分析。
  研究方法:通過控制石墨化溫度、牽伸應(yīng)力、處理時(shí)間等三個(gè)參數(shù)的大小,按照一定組合條件對(duì)粘膠基碳纖維進(jìn)行石墨化處理。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、廣角X射線衍射(XRD)等儀器,對(duì)纖維的表面橫斷面形貌、微晶尺寸、體密度、力學(xué)性能等性能進(jìn)行了表征,分別分析了熱牽伸石墨化對(duì)粘膠基碳纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響。
  研究結(jié)果表明,熱牽伸石墨化處理后的粘膠基碳纖維的拉伸強(qiáng)度從1.016GPa

4、增加到1.785GPa,提高了75.7%;楊氏模量從46GP增加到173GPa,提高了278%;隨著纖維在石墨化爐中的處理時(shí)間增加,纖維的楊氏模量略微增加,而纖維的拉伸強(qiáng)度呈明顯減小趨勢(shì),減小至0.89GPa。FESEM照片顯示牽伸石墨化之后,纖維表面粗糙程度大量發(fā)展,產(chǎn)生明顯的褶皺紋理,以及長(zhǎng)的“溝槽”或“山脊”狀;橫斷面形貌呈現(xiàn)顆粒狀,牽伸石墨化后,顆粒狀體積增大,相鄰排列更加緊湊。XRD圖譜分析發(fā)現(xiàn),纖維的微晶尺寸隨著石墨化溫度的

5、升高,明顯增加,層面間距減小,密度增大,孔隙率略微減小,取向度大幅提高,由56.7%提高到86.9%;低石墨化溫度下當(dāng)牽伸應(yīng)力增加,微晶尺寸、取向度略有提高,層間距減小不多,而在高溫度下,隨著牽伸應(yīng)力的增加,微晶尺寸增加,取向度大幅增大,層間距減小。隨著石墨化時(shí)間的延長(zhǎng),Lc、La均呈增大趨勢(shì),密度增大孔隙率顯著減小,擇優(yōu)取向度提高最后趨于平緩。均勻應(yīng)力模型和剪切斷裂理論分析表明,熱牽伸石墨化通過增大纖維取向度來提高了粘膠碳纖維的楊氏模

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