毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
1.1课题研究的背景
聚丙烯腈基碳纤维兼具低比重和高性能，是轻质高强、轻质高模等高端装备轻量化的 首选材料，是高性能纤维的典型代表，受到世界各国政府、国防与工业领域、科技与产业界的 高度关注[1]。
聚丙烯腈基碳纤维是高性能纤维的典型代表。碳纤维是含碳量在百分之九十以上的无机纤维，具有强度高、密度低、耐疲劳、耐高温、耐摩擦、模量高、减震、抗辐射、热膨胀系数低等一系列优异性能。碳纤维的体密度仅为1.7~2.1g/cm3，拉伸强度一般在3.0~7.0GPa，拉伸模量200~680GPa，兼具材料的高性能和低比重，因而比强度、比模量极高，是当今轻质高强材料领域最优的品种；碳纤维呈各向异性，可编织，设计自由度大，深加工性能好，对装备复杂结构的适应性强；碳纤维材料减震性能优异，不易起震，起震后可迅速制震，表现出优异的震动衰减特性；碳纤维材料热膨胀系数小，制品的尺寸稳定性好，对环境条件骤变适应性强；碳纤维属于结构导电性材料，具有本征的导电导热性，使用过程中不会出现蓄热和过热现象；碳纤维主要由碳元素组成，生物相容性好，生理适应性强[2-9]。
1959年，日本大阪工业研究所的近藤昭男，对腈纶进行一系列氧化处理后发现腈纶的物理化学性能发生了巨大的变化，基于此次发现，近藤昭男发明了聚丙烯腈基纤维制取碳纤维的方法并获取专利[9]。由于当时的技术限制，并不能制作出高性能的碳纤维。英国皇家空军研 究所的瓦特（Watt）和约翰逊（Johnson）[10]等在聚丙烯腈纤维 热氧化处理过程中对纤维施加张力，制得高性能碳纤 维以来，聚丙烯腈基碳纤维技术不断发展，形成了高强、高强中模、高模和高模高强4个系列、若干规格品种的碳 纤维技术与产品体系，成为新材料领域的宠儿、高端装 备领域不可或缺的关键材料[1]。
1.2课题研究的意义
根据《2017年全球碳纤维行业供需格局及碳纤维行业市场需求分析报告》，到2020年全球碳纤维市场需求的年复合增速有望达10.0%。统计数据显示，2016年全球碳纤维的市场需求为7.65万吨，同比增长11.8%。根据预测，到2020年全球碳纤维市场总需求将达到11.2万吨，对应未来几年年复合增速约10.0%。从下游应用的行业分布来看，风电叶片、航空航天和体育休闲约占据总市场需求量的60%。2016年，风电叶片以1.8万吨的需求量取代航空航天成为全球碳纤维市场需求最大的领域，增速高达50.0%。航空航天2016年市场需求较上一年增长10.0%，达1.76万吨。由此可见，碳纤维的市场前景十分广阔，对碳纤维制备工艺及设备的研究有重大意义。
研究表明，聚丙烯腈喷丝头是碳纤维生产过程中的关键部件之一，其出丝质量直接影响成品碳纤维的力学性能。在矩形截面碳纤维的生产中，某石化公司对原有喷丝头进行了改造，将喷丝头中分布板、喷丝板的结构由圆形改造为矩形，用以适配矩形截面聚丙烯腈原丝的生产。然而实际喷丝过程中，存在聚丙烯腈原丝断丝的现象。
本课题基于聚丙烯腈的高黏度特性，对聚丙烯腈喷丝头中的关键部位：矩形分布板进行结构优化设计，改善喷丝头内部流场的均匀分布，减少原丝的断丝，提高纺丝效率与成品碳纤维的性能，减少原料消耗，降低成本，有利于公司碳纤维技术的发展。
1.3中国PAN基碳纤维技术发展现状及趋势
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