Kuupäev: 2022-05-28 Allikas: Fiber Composites

Ideaalse grafiidikristalli võrestruktuur kuulub kuusnurksesse kristallisüsteemi, mis on mitmekihiline kattuv struktuur, mis koosneb süsinikuaatomitest kuueliikmelises rõngasvõrgustiku struktuuris. Kuueliikmelises ringis on süsinikuaatomid sp 2 hübriidi kujul

Põhistruktuur

Ideaalse grafiidikristalli võrestruktuur kuulub kuusnurksesse kristallisüsteemi, mis koosneb süsinikuaatomitest, mis koosnevad kuueliikmelisest rõngasvõrgu struktuurist. Kuueliikmelises tsüklis on süsinikuaatomid sp 2 hübridisatsioon. Sp2 hübridisatsioonis toimub 1 2s elektroni ja 2 2p elektroni hübridisatsioon, moodustades kolm ekvivalentset o tugevat sidet, sideme kaugus on 0,1421nm, sideme keskmine energia on 627kJ/mol ja sideme nurgad on üksteisega 120.

Ülejäänud samal tasapinnal olevad puhtad 2p orbitaalid on risti tasapinnaga, kus asuvad kolm o-sidet, ja N-sideme moodustavate süsinikuaatomite N-sidemed on üksteisega paralleelsed ja kattuvad, moodustades suure N. -võlakiri; Lokaliseerimata elektronid n elektronil võivad vabalt liikuda tasapinnaga paralleelselt, andes sellele juhtivad omadused. Nad võivad neelata nähtavat valgust, muutes grafiidi mustaks. Van der Waalsi jõud grafiidikihtide vahel on palju väiksem kui valentssideme jõud kihtides. Kihtide vaheline kaugus on 0,3354 nm ja sideme energia on 5,4 kJ/mol. Grafiidikihid on jaotatud poole võrra kuusnurksest sümmeetriast ja korduvad igas teises kihis, moodustades ABAB.

Struktuur [4] ning selle isemäärimine ja kihtidevahelise sisemise võimega, nagu on näidatud joonisel 2-5. Süsinikkiud on mikrokristalliline kivi-tindi materjal, mis saadakse orgaanilisest kiust karboniseerimise ja grafitiseerimise teel.

Süsinikkiu mikrostruktuur on sarnane tehisgrafiidi omaga, mis kuulub polükristallilise kaootilise grafiidi struktuuri. Erinevus grafiidi struktuurist seisneb aatomikihtide vahelises ebakorrapärases translatsioonis ja pöörlemises (vt joonis 2-6). Kuueelemendiline kovalentne side on seotud aatomikihiga, mis on põhimõtteliselt paralleelne kiu teljega. Seetõttu arvatakse üldiselt, et süsinikkiud koosneb korrastamata grafiitstruktuurist piki kiu telje kõrgust, mille tulemuseks on väga kõrge teljesuunaline tõmbemoodul. Grafiidi lamellstruktuuril on märkimisväärne anisotroopsus, mistõttu on selle füüsikalised omadused samuti anisotroopsed.

Süsinikkiu omadused ja kasutusalad

Süsinikkiud võib jagada filamentkiuks, staapelkiuks ja staapelkiuks. Mehaanilised omadused jagunevad üldiseks tüübiks ja suure jõudlusega tüübiks. Süsinikkiu üldine tugevus on 1000 MPa, moodul on umbes 10OGPa. Suure jõudlusega süsinikkiud jagunevad suure tugevusega tüübiks (tugevus 2000 MPa, moodul 250 GPa) ja kõrgeks mudeliks (moodul üle 300 GPa). Tugevust, mis on suurem kui 4000 MPa, nimetatakse ka ülikõrge tugevusega tüübiks; Neid, mille moodul on suurem kui 450 GPa, nimetatakse ülikõrgeteks mudeliteks. Lennundus- ja lennundustööstuse arenguga on ilmunud kõrge tugevusega ja suure pikenemisega süsinikkiud ning selle pikenemine on suurem kui 2%. Suur kogus on polüpropüleensilma PAN-põhine süsinikkiud. Süsinikkiul on kõrge teljesuunaline tugevus ja moodul, puudub roome, hea väsimuskindlus, erisoojus- ja elektrijuhtivus mittemetalli ja metalli vahel, väike soojuspaisumistegur, hea korrosioonikindlus, madal kiu tihedus ja hea röntgenikiirgus. Selle löögikindlus on aga halb ja kergesti kahjustatav, tugeva happe toimel toimub oksüdatsioon ning metalliga kombineerimisel tekib metalli karboniseerimine, karburiseerumine ja elektrokeemiline korrosioon. Sellest tulenevalt tuleb süsinikkiud enne kasutamist pinda töödelda.