Datum: 2022-05-28  Zdroj: Fiber Composites

Mřížková struktura krystalu ideálního grafitu patří do hexagonálního krystalového systému, což je vícevrstvá překrývající se struktura složená z atomů uhlíku v šestičlenné kruhové síťové struktuře. V šestičlenném kruhu jsou atomy uhlíku ve formě sp2 hybridu

Základní struktura

Mřížková struktura krystalu ideálního grafitu patří do hexagonálního krystalového systému, který je složen z atomů uhlíku složených ze struktury šestičlenné kruhové sítě. V šestičlenném kruhu jsou atomy uhlíku sp 2 hybridizace existuje. Při hybridizaci sp2 dochází k hybridizaci 1 2s elektronů a 2 2p elektronů, které tvoří tři ekvivalentní silné vazby, vzdálenost vazby je 0,1421 nm, průměrná energie vazby je 627 kJ/mol a úhly vazby jsou navzájem 120.

Zbývající čisté orbitaly 2p ve stejné rovině jsou kolmé k rovině, kde se nacházejí tři vazby o, a vazby N atomů uhlíku, které tvoří vazbu N, jsou vzájemně rovnoběžné a překrývají se, aby vytvořily velké N -pouto; Nelokalizované elektrony na elektronu n se mohou volně pohybovat rovnoběžně s rovinou, což mu dává vodivé vlastnosti. Mohou absorbovat viditelné světlo, takže grafit je černý. Van der Waalsova síla mezi grafitovými vrstvami je mnohem menší než síla valenční vazby uvnitř vrstev. Vzdálenost mezi vrstvami je 0,3354 nm a vazebná energie je 5,4 kJ/mol. Vrstvy grafitu jsou posunuty o polovinu šestiúhelníkové symetrie a opakují se v každé druhé vrstvě, čímž tvoří ABAB..

Struktura [4] a vybavit ji samomazáním a vnitřní schopností mezivrstvy, jak je znázorněno na obrázku 2-5. Uhlíkové vlákno je mikrokrystalický materiál s kamenným inkoustem získaný z organického vlákna karbonizací a grafitizací.

Mikrostruktura uhlíkového vlákna je podobná jako u umělého grafitu, který patří do struktury polykrystalického chaotického grafitu. Rozdíl oproti grafitové struktuře spočívá v nepravidelné translaci a rotaci mezi atomovými vrstvami (viz obrázek 2-6). Šestiprvková síťová kovalentní vazba je vázána v atomové vrstvě - která je v podstatě rovnoběžná s osou vlákna. Proto se obecně má za to, že uhlíkové vlákno je složeno z neuspořádané grafitové struktury podél výšky osy vlákna, což má za následek velmi vysoký axiální modul v tahu. Lamelová struktura grafitu má výraznou anizotropii, díky čemuž i jeho fyzikální vlastnosti vykazují anizotropii.

Vlastnosti a aplikace uhlíkových vláken

Uhlíková vlákna lze rozdělit na filament, staplová vlákna a staplová vlákna. Mechanické vlastnosti se dělí na obecný typ a vysoce výkonný typ. Obecná pevnost uhlíkových vláken je 1000 MPa, modul je asi 10OGPa. Vysoce výkonné uhlíkové vlákno se dělí na vysokopevnostní typ (pevnost 2000MPa, modul 250GPa) a vysoký model (modul nad 300GPa). Pevnost větší než 4000 MPa se také nazývá typ s velmi vysokou pevností; Modely s modulem větším než 450 GPa se nazývají ultravysoké modely. S rozvojem leteckého a kosmického průmyslu se objevilo uhlíkové vlákno s vysokou pevností a vysokou tažností a jeho prodloužení je větší než 2%. Velké množství tvoří polypropylenové oko na bázi uhlíkových vláken PAN. Uhlíkové vlákno má vysokou axiální pevnost a modul, žádné tečení, dobrou odolnost proti únavě, měrnou tepelnou a elektrickou vodivost mezi nekovem a kovem, malý koeficient tepelné roztažnosti, dobrou odolnost proti korozi, nízkou hustotu vláken a dobrou propustnost rentgenového záření. Jeho odolnost proti nárazu je však špatná a snadno se poškodí, působením silné kyseliny dochází k oxidaci a při spojení s kovem dochází ke karbonizaci, nauhličování a elektrochemické korozi kovu. V důsledku toho musí být uhlíková vlákna před použitím povrchově upravena.