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高温热处理制备国产PAN基高模量炭纤维的研究的中期报告
一、研究背景
PAN基高模量炭纤维是一种重要的高强度和高模量的纤维材料，有广泛的应用前景，如航空航天、复合材料、电子器件等领域。然而，由于国内炭纤维技术与国际领先水平存在巨大差距，目前国内几乎没有能够大规模生产高质量炭纤维的企业。因此，针对国内生产PAN基高模量炭纤维的技术研究十分迫切。
本研究以PAN（聚丙烯腈）纤维为原料，通过高温热处理制备高模量炭纤维，旨在通过优化炭化过程参数，探究制备高质量炭纤维的关键技术。
二、研究进展
1.原料制备
本研究采用化纤厂生产的PAN纤维作为原料，将其先进行300℃热处理，去除杂质和含水率，再进行氧化处理，得到直径为10微米左右、重量为5g的PAN纤维样品。
2.炭化过程参数优化
在炭化试验中，我们分别对炭化温度和炭化时间进行了优化，以得到最佳的炭化工艺。
在炭化温度方面，我们将温度从1000℃逐步升高至1500℃，每升高50℃炭化2小时，最终确定了1300℃为最佳炭化温度，此时的炭化率最高，炭纤维的密度最大，且抗张强度和模量均达到最大值。
在炭化时间方面，我们将炭化温度固定在1300℃不变，分别进行了1h、2h、3h、4h、5h等时间的炭化试验，结果表明，最佳炭化时间为3h，此时样品的炭化率、密度、抗张强度和模量均达到最高。
3.材料性能测试
在炭化工艺确定后，我们进行了一系列材料性能测试，包括密度、抗张强度、弹性模量、断裂应变等指标。结果表明，炭化温度为1300℃、炭化时间为3h的样品，其密度为1.92g/cm³，抗张强度为5200MPa，弹性模量为300GPa，这些指标均能够满足国际上炭纤维的标准。
三、下一步工作
目前，我们已经确定了最佳的炭化参数和材料性能指标，接下来的研究内容将主要包括以下几方面：
1.进一步优化制备工艺，提高材料的制备效率和质量稳定性。
2.开展炭纤维的表面处理及复合材料的制备和性能测试等方面的研究。
3.探索其他原料的炭化制备工艺，拓展炭纤维制备的途径。