高温热处理制备国产PAN基高模量炭纤维的研究的任务书.docx

高温热处理制备国产PAN基高模量炭纤维的研究的任务书
一、研究背景
炭纤维是一种高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀的先进材料，是航空航天、化工、电子、军事等领域中重要的基础材料。目前，全国炭纤维生产一直高度依赖于进口，国内生产的炭纤维主要有两种类型：一种是基于聚丙烯纤维进行的改性，另一种是基于聚丙烯腈(PAN)纤维进行的改性。国产PAN基高模量炭纤维的研究是当前一个重要的课题，为实现国产高品质炭纤维生产提供基础支撑。
二、研究内容
本课题旨在通过高温热处理技术制备国产PAN基高模量炭纤维，具体工作内容包括：
1.原料采集和分析：采集市场上的PAN纤维样品，进行热重分析和红外光谱测试，分析其热解规律和化学性质，为后续高温热处理工艺提供数据支撑。
2.纤维预处理：优化PAN纤维的预氧化工艺、拉拔工艺以及表面处理工艺，提高PAN基炭纤维的拉伸强度和模量。选择合适的表面活性剂和膨胀剂对PAN纤维进行表面处理和表面微观结构调控，提高PAN纤维的高温性能。
3.高温热处理工艺的优化与控制：对PAN基炭纤维进行高温热处理，优化处理工艺，以尽量保留原纤维的高强度和高模量，并去除纤维中的杂质，减少残留氧化物的含量。优化热处理工艺参数，如温度、气氛和时间等，控制热处理过程中的温度变化和气氛组成等。
4.炭纤维性能测试：对制备得到的纤维进行拉伸强度、模量、断裂伸长率、密度等性能测试，比较不同工艺条件下的纤维性能差异。利用CT扫描技术对纤维微观结构进行分析，观察纤维内部孔隙率、直径分布、连通性等。
三、研究意义
1.探究国产PAN基高模量炭纤维制备技术，增强中国在航空航天、卫星、IC等领域的自主生产能力。
2.优化炭纤维制备工艺，提高炭纤维的力学性能、高温性能和抗腐蚀性能，推动炭纤维应用领域的发展和应用。
3.引导我国材料领域实现升级和改进，促进材料工业的发展，提高国内材料行业的核心竞争力。
四、研究方法
本研究采用实验室制备炭纤维热处理工艺，包括膨胀剂处理、预氧化处理、氧化稳定处理、拉伸-热解、焦炭-热解等工艺。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、差热分析仪等对纤维形态、组织结构和热性能进行分析。
五、研究计划
1.第一年：开展PAN纤维性能测试和高温热处理前处理研究。
2.第二年：通过纤维的高温热处理工艺优化，制备出高性能PAN基炭纤维，并对其力学性能、高温性能和抗腐蚀性能进行测试，并进行各项参数的比较分析。
3.第三年：对所制备出的PAN基炭纤维进行最新的应用性分析与研究，推广炭纤维在航空航天、无线电、半导体等领域的应用。
六、研究成果
本研究制备的国产PAN基高模量炭纤维性能达到成果预期要求。同时，在炭纤维的高温热处理工艺方面取得了诸多的研究成果，为国产高品质炭纤维生产提供了一定的技术支持，此项成果对于进一步扩大国内炭纤维的应用范围及提升国内炭纤维产业的核心竞争力具有重要的实用价值和经济意义。