Datum: 28.05.2022 Quelle: Faserverbundwerkstoffe

Die Gitterstruktur des idealen Graphitkristalls gehört zum hexagonalen Kristallsystem, das eine mehrschichtige überlappende Struktur ist, die aus Kohlenstoffatomen in einer sechsgliedrigen Ringnetzwerkstruktur besteht. Im sechsgliedrigen Ring liegen die Kohlenstoffatome als sp 2 -Hybrid vor

Grundstruktur

Die Gitterstruktur des idealen Graphitkristalls gehört zum hexagonalen Kristallsystem, das aus Kohlenstoffatomen besteht, die aus einer sechsgliedrigen Ringnetzwerkstruktur bestehen. Im sechsgliedrigen Ring sind die Kohlenstoffatome sp 2 -Hybridisierung vorhanden. Bei der sp2-Hybridisierung gibt es 1 2s-Elektronen- und 2 2p-Elektronen-Hybridisierungen, die drei äquivalente starke Bindungen bilden, der Bindungsabstand beträgt 0,1421 nm, die durchschnittliche Bindungsenergie beträgt 627 kJ / mol und die Bindungswinkel betragen 120 zueinander.

Die verbleibenden reinen 2p-Orbitale in derselben Ebene stehen senkrecht zu der Ebene, in der sich die drei o-Bindungen befinden, und die N-Bindungen der Kohlenstoffatome, aus denen die N-Bindung besteht, sind parallel zueinander und überlappen sich, um ein großes N zu bilden -Bindung; Die nicht lokalisierten Elektronen auf dem n-Elektron können sich frei parallel zur Ebene bewegen, was ihr leitende Eigenschaften verleiht. Sie können sichtbares Licht absorbieren, wodurch sie graphitschwarz werden. Die Van-der-Waals-Kraft zwischen den Graphitschichten ist weit geringer als die Valenzbindungskraft innerhalb der Schichten. Der Abstand zwischen den Schichten beträgt 0,3354 nm und die Bindungsenergie 5,4 kJ/mol. Die Graphitschichten sind um die Hälfte der hexagonalen Symmetrie versetzt und wiederholen sich in jeder zweiten Schicht, wodurch ABAB gebildet wird.

Struktur [4] und Ausstattung mit Selbstschmierung und interner Fähigkeit der Zwischenschicht, wie in Abbildung 2-5 gezeigt. Kohlefaser ist ein mikrokristallines Steintintenmaterial, das aus organischen Fasern durch Karbonisierung und Graphitisierung gewonnen wird.

Die Mikrostruktur von Kohlefaser ähnelt der von künstlichem Graphit, der zur Struktur von polykristallinem chaotischem Graphit gehört. Der Unterschied zur Graphitstruktur liegt in der unregelmäßigen Translation und Rotation zwischen den Atomlagen (siehe Abbildung 2-6). Die kovalente Bindung des Sechs-Elemente-Netzwerks ist in der Atomschicht von - gebunden, die grundsätzlich parallel zur Faserachse verläuft. Daher wird allgemein angenommen, dass Kohlefaser aus einer ungeordneten Graphitstruktur entlang der Höhe der Faserachse besteht, was zu einem sehr hohen axialen Zugmodul führt. Die Lamellenstruktur von Graphit weist eine signifikante Anisotropie auf, wodurch seine physikalischen Eigenschaften ebenfalls eine Anisotropie aufweisen.

Eigenschaften und Anwendungen von Kohlefaser

Kohlefaser kann in Filament, Stapelfaser und Stapelfaser unterteilt werden. Die mechanischen Eigenschaften werden in den allgemeinen Typ und den Hochleistungstyp unterteilt. Die allgemeine Kohlefaserfestigkeit beträgt 1000 MPa, der Modul beträgt etwa 10OGPa. Hochleistungskohlefaser wird in hochfeste Typen (Festigkeit 2000 MPa, Modul 250 GPa) und hohe Modelle (Modul über 300 GPa) unterteilt. Eine Festigkeit von mehr als 4000 MPa wird auch als ultrahochfester Typ bezeichnet. Diejenigen mit einem Modul von mehr als 450 GPa werden als Ultra-High-Modelle bezeichnet. Mit der Entwicklung der Luft- und Raumfahrtindustrie sind Kohlenstofffasern mit hoher Festigkeit und hoher Dehnung aufgetaucht, und ihre Dehnung beträgt mehr als 2%. Die große Menge besteht aus Kohlefaser auf Polypropylen-Augen-PAN-Basis. Kohlefaser hat eine hohe axiale Festigkeit und einen hohen Modul, kein Kriechen, eine gute Ermüdungsbeständigkeit, eine spezifische Wärme- und elektrische Leitfähigkeit zwischen Nichtmetall und Metall, einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine gute Korrosionsbeständigkeit, eine geringe Faserdichte und eine gute Röntgenübertragung. Seine Schlagfestigkeit ist jedoch gering und leicht zu beschädigen, Oxidation tritt unter Einwirkung starker Säure auf, und Metallkarbonisierung, Aufkohlung und elektrochemische Korrosion treten auf, wenn es mit Metall kombiniert wird. Daher muss Kohlefaser vor der Verwendung oberflächenbehandelt werden.