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PAN基碳纤维成形和表面处理中的弱节生成与抑制机理

姚江薇  
【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


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