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系統識別號 U0026-0702201009345100
論文名稱(中文) 碳纖維製造之最佳化
論文名稱(英文) Optimization of Carbon Fiber Manufacturing
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 化學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Chemistry (on the job class)
學年度 98
學期 1
出版年 99
研究生(中文) 鄭友義
研究生(英文) Yu-Yi Cheng
學號 L3792107
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 79頁
口試委員 指導教授-桂椿雄
口試委員-黃守仁
口試委員-許清雲
口試委員-黃平志
中文關鍵字 碳纖維 
英文關鍵字 Carbon Fiber 
學科別分類
中文摘要 碳纖維是世界各國非常重視的先進材料之ㄧ。因為它的高強度、高剛性、耐高溫與質輕的高性能特性,可應用於航太、國防、一般工業與休閒器材等領域,尤其是航太與國防的主要材料;因此其生產技術各公司都非常保密,嚴格管制。
碳纖維的製造過程非常複雜與精緻,任何一項條件的設定、控制不當與步驟疏忽,皆會導致性能下降或品質欠佳。因此本論文是透過研究試驗,找出最佳化的操作技術。而在碳纖維的各項品質項目中,以強度為最主要指標,因為強度高低將影響銷售狀況。
此次研究的主題,是要尋找聚丙烯腈碳纖最佳的製造條件,以獲得較佳的碳纖強度。本文是從製造過程中選定下列六項,作不同的試驗,以求得較佳的強度:
(一)原絲凝絲槽的溫度變化。(二)改變原絲纖度的粗細。
(三)氧化爐滯留時間的調整。(四)預碳爐的溫度變化。
(五)電解槽電流強度的差異。(六)漿液種類的不同。
综合這些最佳條件,可製得較佳的碳纖維強度。
英文摘要 Carbon fiber is one of the advanced materials which is highly regarded worldwide.Because of high performance in high strength and high stiffness,light-weight and high temperature resisted,it can be applied to aerospace,military,industry and leisure sports…etc.
Especially it is a very important material for aerospace and military application,so the technology of carbon fiber is strictly controlled.
The technology and process of carbon fiber are very complicated and severe.Even if a very little miss or the conditions not very precise, they will cause the quality to get worse.This article is to look for the optimum conditions through research and different tests to get better quality.Among the quality,strength is the most important item.
This article aims to get better strength of PAN-based carbon fiber,through various tests to find the optimum conditions.
From process of pilot plant,6 items are picked up to make different tests to get better strength.The 6 items are tested as follows:
(A)Different temperature of coagulation bath in precursor pilot plant.
(B)Different Denier of precursor.
(C)Different retention time of Oxidizer.
(D)Different heating temperature of Precarbonizer.
(E)Different electric current in the surface treatment electrolyte bath.
(F)Different type of size in sizing treatment.
As doing the above tests to find the optimum conditions,better strength of carbon fiber can be obtained.
論文目次 第一章 緒論----------------------------------------1
1-1研究背景----------------------------------------------1
1-2研究目的----------------------------------------------2
第二章 文獻回顧------------------------------------4
2-1碳纖維之簡介-----------------------------------------4
2-2聚丙烯腈系碳纖維製造方法-----------------------------9
2-2-1氧化段--------------------------------------------14
2-2-1-1氧化爐操作條件----------------------------------15
2-2-1-2氧化操作變數------------------------------------16
2-2-2碳化段--------------------------------------------18
2-2-2-1碳化過程----------------------------------------18
2-2-2-2碳化爐操作條件----------------------------------20
2-2-3石墨化--------------------------------------------21
2-2-3-1石墨化過程--------------------------------------23
2-2-3-2石墨化度的評價----------------------------------24
2-3碳纖維的表面處理及上漿------------------------------25
2-3-1碳纖維的表面處理方法------------------------------25
2-3-1-1陽極電解氧化法----------------------------------25
2-3-1-2臭氧氧化法--------------------------------------27
2-3-1-3氣液雙效法--------------------------------------27
2-3-2碳纖維的表面處理的評價方法------------------------28
2-3-3碳纖維的上漿劑------------------------------------29
2-4碳纖維的應用----------------------------------------30
2-4-1碳纖維複合材料之優缺點----------------------------31
2-4-2碳纖維的加工分類----------------------------------34
2-4-3碳纖維的應用--------------------------------------37
2-4-3-1一般産業用品------------------------------------37
2-4-3-2運動休閒業--------------------------------------40
2-4-3-3航空、航太--------------------------------------41
第三章 實驗材料及方法-----------------------------43
3-1實驗材料--------------------------------------------43
3-1-1實驗原物料----------------------------------------43
3-1-2實驗設備------------------------------------------43
3-2實驗方法--------------------------------------------44
3-3實驗步驟--------------------------------------------45


第四章 結果與討論---------------------------------56
4-1利用原絲凝絲槽溫度與預碳爐溫度不同探討碳纖強度------56
4-2利用原絲纖度不同/預碳爐溫度不同探討碳纖強度---------60
4-3利用氧化爐滯留時間不同探討碳纖強度------------------64
4-4利用電解條件不同探討碳纖強度------------------------67
4-5利用漿液種類的不同探討碳纖強度----------------------70
第五章 結論---------------------------------------73
參考文獻--------------------------------------------75
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