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碳纤维的密度作为一种宏观物理量,是碳纤维性能的重要指标,同时碳纤维的密度也是其微观结构的表观反映,微观结构的变化导致了其密度的变化。而碳纤维是一种类石墨结构,由晶区和非晶区组成,晶区密度和非晶区密度均对碳纤维的密度有着各自的贡献,所以研究碳纤维制备过程中晶区密度和非晶区密度变化的规律显得尤为重要,可以为碳纤维结构和性能调控提供直接的指导。本论文通过密度梯度仪、X射线衍射仪(XRD)、元素分析仪(EA)、热重分析仪(TG)及激光拉曼光谱仪(Raman)等结构表征方法研究了碳纤维晶区密度和非晶区密度在碳化和石墨化过程中变化的规律及其对碳纤维密度的影响,并探讨了这一变化规律形成的原因。研究结果表明：1.碳纤维密度在低温碳化阶段随着温度的升高不断地提高,在高温碳化阶段缓慢地下降,在石墨化阶段则不断增加。2.碳纤维晶区的密度随着处理温度的升高不断地增大,这是由石墨片层层面间距不断减小所决定的,由于各阶段变化机理不同,导致晶区密度在各阶段的变化趋势不同。在低温碳化阶段,网平面不断地形成并靠近,导致了晶区密度的增大。在高温碳化阶段,晶粒主要是沿片层方向及径向不断地长大,层面间距变化不大,导致了晶区密度基本不变。在石墨化阶段,石墨片层紧密堆叠,晶粒增长和堆叠同时发生,晶区密度不断增大。3.非晶区密度主要由非晶区-晶区的转化,元素含量的变化,小分子逸出产生的缺陷引起的。碳纤维非晶区的密度在低碳阶段,随温度的升高不断地增大。在高碳和石墨化阶段,不断地减小。这是因为在低碳阶段,非晶区中不断形成环结构,并不断地长大,使得非晶区中的有序部分增多,从而使非晶区密度增大。在高碳阶段,是因为N元素的脱除,孔隙的产生和非晶区有序部分转化为晶区等多种因素产生的。在石墨化阶段,非晶区中有序部分大量转化为晶区,导致非晶区密度降低。4.在碳化和石墨化过程中,晶区对密度的贡献不断增大,非晶区对密度的贡献不断减小。本论文研究了碳纤维晶区密度和非晶区密度变化的深层次原因,以及它们对碳纤维密度的影响,这对更好的控制碳化和石墨化过程中纤维的结构,提高碳纤维的性能有着重要的作用。