Päivämäärä: 28.5.2022 Lähde: Fiber Composites

Ihanteellisen grafiittikiteen hilarakenne kuuluu kuusikulmaiseen kidejärjestelmään, joka on monikerroksinen päällekkäinen rakenne, joka koostuu hiiliatomeista kuusijäsenisessä rengasverkostorakenteessa. Kuusijäsenisessä renkaassa hiiliatomit ovat sp 2 -hybridin muodossa

Perusrakenne

Ihanteellisen grafiittikiteen hilarakenne kuuluu kuusikulmaiseen kidejärjestelmään, joka koostuu hiiliatomeista, jotka koostuvat kuusijäsenisestä rengasverkostorakenteesta. Kuusijäsenisessä renkaassa hiiliatomit ovat sp 2 -hybridisaatiota. Sp2-hybridisaatiossa on 1 2s elektronin ja 2 2p elektronin hybridisaatio, jotka muodostavat kolme ekvivalenttia o vahvaa sidosta, sidosetäisyys on 0,1421 nm, keskimääräinen sidosenergia on 627 kJ/mol ja sidoskulmat ovat 120 toisiaan.

Loput samassa tasossa olevat puhtaat 2p-orbitaalit ovat kohtisuorassa tasoon nähden, jossa kolme o-sidosta sijaitsevat, ja N-sidoksen muodostavien hiiliatomien N-sidokset ovat yhdensuuntaisia ​​toistensa kanssa ja menevät päällekkäin muodostaen suuren N:n -sidos; N-elektronin lokalisoimattomat elektronit voivat liikkua vapaasti yhdensuuntaisesti tason kanssa antaen sille johtavia ominaisuuksia. Ne voivat absorboida näkyvää valoa ja tehdä grafiitista mustaa. Van der Waalsin voima grafiittikerrosten välillä on paljon pienempi kuin valenssisidosvoima kerrosten sisällä. Kerrosten välinen etäisyys on 0,3354 nm ja sidosenergia on 5,4 kJ/mol. Grafiittikerrokset porrastetaan puolet kuusikulmaisesta symmetriasta ja toistetaan joka toisessa kerroksessa muodostaen ABAB:n.

Rakenne [4] ja varustaa sen itsevoitelulla ja kerrosten välisellä sisäisellä kyvyllä, kuten kuvassa 2-5. Hiilikuitu on mikrokiteistä kivimustemateriaalia, joka saadaan orgaanisista kuiduista hiiltämällä ja grafitoimalla.

Hiilikuidun mikrorakenne on samanlainen kuin keinografiitin, joka kuuluu monikiteisen kaoottisen grafiitin rakenteeseen. Ero grafiittirakenteeseen on atomikerrosten välisessä epäsäännöllisessä translaatiossa ja pyörimisessä (katso kuva 2-6). Kuuden elementin verkkokovalenttinen sidos on sidottu atomikerrokseen - joka on periaatteessa yhdensuuntainen kuidun akselin kanssa. Siksi yleisesti uskotaan, että hiilikuitu koostuu epäjärjestyneestä grafiittirakenteesta kuituakselin korkeudella, mikä johtaa erittäin korkeaan aksiaaliseen vetomoduuliin. Grafiitin lamellirakenteella on merkittävä anisotropia, minkä vuoksi myös sen fysikaaliset ominaisuudet osoittavat anisotropiaa.

Hiilikuidun ominaisuudet ja sovellukset

Hiilikuitu voidaan jakaa filamenttiin, katkokuituun ja katkokuituun. Mekaaniset ominaisuudet on jaettu yleistyyppiin ja korkean suorituskyvyn tyyppiin. Yleinen hiilikuidun lujuus on 1000 MPa, moduuli on noin 10OGPa. Suorituskykyinen hiilikuitu jaetaan korkealujuustyyppiin (lujuus 2000 MPa, moduuli 250 GPa) ja korkeaan malliin (moduuli yli 300 GPa). Yli 4000 MPa:n vahvuutta kutsutaan myös erittäin lujaksi tyypiksi; Niitä, joiden moduuli on suurempi kuin 450 GPa, kutsutaan ultrakorkeiksi malleiksi. Ilmailu- ja ilmailuteollisuuden kehittyessä on ilmaantunut korkea lujuus ja venymä hiilikuitu, ja sen venymä on yli 2%. Suurin osa polypropyleenisilmäistä PAN-pohjaista hiilikuitua. Hiilikuidulla on korkea aksiaalinen lujuus ja moduuli, ei virumista, hyvä väsymiskestävyys, ominaislämmön- ja sähkönjohtavuus ei-metallin ja metallin välillä, pieni lämpölaajenemiskerroin, hyvä korroosionkestävyys, alhainen kuidun tiheys ja hyvä röntgensäteen läpäisy. Sen iskunkestävyys on kuitenkin huono ja helposti vaurioituva, hapettumista tapahtuu vahvan hapon vaikutuksesta ja metallin hiiltymistä, hiiltymistä ja sähkökemiallista korroosiota, kun se yhdistetään metalliin. Tämän seurauksena hiilikuitu on pintakäsiteltävä ennen käyttöä.