તારીખ : 2022-05-28  સ્ત્રોત: ફાઈબર કમ્પોઝીટ

આદર્શ ગ્રેફાઇટ સ્ફટિકનું જાળીનું માળખું ષટ્કોણ સ્ફટિક પ્રણાલીનું છે, જે છ-મેમ્બર્ડ રિંગ નેટવર્ક માળખામાં કાર્બન અણુઓથી બનેલું બહુ-સ્તર ઓવરલેપિંગ માળખું છે. છ સભ્યોની રીંગમાં, કાર્બન પરમાણુ એસપી 2 સંકર સ્વરૂપમાં હોય છે.

મૂળભૂત માળખું

આદર્શ ગ્રેફાઇટ સ્ફટિકનું જાળીનું માળખું ષટ્કોણ સ્ફટિક પ્રણાલીનું છે, જે કાર્બન અણુઓથી બનેલું છે જે છ-મેમ્બર્ડ રિંગ નેટવર્ક માળખું ધરાવે છે. છ સભ્યોની રીંગમાં, કાર્બન પરમાણુ sp 2 વર્ણસંકરતા અસ્તિત્વમાં છે. sp2 હાઇબ્રિડાઇઝેશનમાં, 1 2s ઇલેક્ટ્રોન અને 2 2p ઇલેક્ટ્રોન હાઇબ્રિડાઇઝેશન છે, જે ત્રણ સમકક્ષ o મજબૂત બોન્ડ બનાવે છે, બોન્ડનું અંતર 0.1421nm છે, સરેરાશ બોન્ડ એનર્જી 627kJ/mol છે અને બોન્ડના ખૂણા એકબીજાના 120 છે.

એ જ પ્લેનમાં બાકીના શુદ્ધ 2p ઓર્બિટલ્સ એ પ્લેન પર લંબરૂપ હોય છે જ્યાં ત્રણ ઓ બોન્ડ હોય છે અને N-બોન્ડ બનેલા કાર્બન અણુઓના N-બોન્ડ એકબીજાના સમાંતર હોય છે અને ઓવરલેપ થઈને મોટા N બનાવે છે. - બોન્ડ; n ઇલેક્ટ્રોન પરના બિન-સ્થાનિક ઇલેક્ટ્રોન પ્લેનની સમાંતર મુક્તપણે ખસેડી શકે છે, તેને વાહક ગુણધર્મો આપે છે. તેઓ દૃશ્યમાન પ્રકાશને શોષી શકે છે, ગ્રેફાઇટને કાળો બનાવે છે. ગ્રેફાઇટ સ્તરો વચ્ચેનું વેન ડેર વાલ્સ ફોર્સ સ્તરોની અંદરના વેલેન્સ બોન્ડ ફોર્સ કરતાં ઘણું ઓછું છે. સ્તરો વચ્ચેનું અંતર 0.3354nm છે, અને બોન્ડ ઊર્જા 5.4kJ/mol છે. ગ્રેફાઇટ સ્તરો ષટ્કોણ સમપ્રમાણતાના અડધા ભાગથી અટકી જાય છે અને દરેક અન્ય સ્તરમાં પુનરાવર્તિત થાય છે, ABAB બનાવે છે.

આકૃતિ 2-5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે માળખું [4], અને તેને સ્વ-લુબ્રિકેશન અને ઇન્ટરલેયર આંતરિક ક્ષમતા સાથે સંપન્ન કરવું. કાર્બન ફાઇબર એ એક માઇક્રોક્રિસ્ટલાઇન પથ્થર-શાહી સામગ્રી છે જે કાર્બનિક ફાઇબરમાંથી કાર્બનાઇઝેશન અને ગ્રાફિટાઇઝેશન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.

કાર્બન ફાઇબરનું માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટ જેવું જ છે, જે પોલીક્રિસ્ટલાઇન અસ્તવ્યસ્ત ગ્રેફાઇટની રચના સાથે સંબંધિત છે. ગ્રેફાઇટ સ્ટ્રક્ચરમાંથી તફાવત અણુ સ્તરો વચ્ચેના અનિયમિત અનુવાદ અને પરિભ્રમણમાં રહેલો છે (જુઓ આકૃતિ 2-6). છ-તત્વ નેટવર્ક સહસંયોજક બોન્ડ - ના પરમાણુ સ્તરમાં બંધાયેલું છે જે મૂળભૂત રીતે ફાઇબર અક્ષની સમાંતર છે. તેથી, સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે કાર્બન ફાઇબર ફાઇબર અક્ષની ઊંચાઈ સાથે અવ્યવસ્થિત ગ્રેફાઇટ માળખું ધરાવે છે, જેના પરિણામે ખૂબ ઊંચા અક્ષીય તાણ મોડ્યુલસ થાય છે. ગ્રેફાઇટની લેમેલર રચનામાં નોંધપાત્ર એનિસોટ્રોપી હોય છે, જે તેના ભૌતિક ગુણધર્મોને પણ એનિસોટ્રોપી દર્શાવે છે.

કાર્બન ફાઇબરના ગુણધર્મો અને એપ્લિકેશન

કાર્બન ફાઈબરને ફિલામેન્ટ, સ્ટેપલ ફાઈબર અને સ્ટેપલ ફાઈબરમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. યાંત્રિક ગુણધર્મોને સામાન્ય પ્રકાર અને ઉચ્ચ-પ્રદર્શન પ્રકારમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે. સામાન્ય કાર્બન ફાઇબર તાકાત 1000 MPa છે, મોડ્યુલસ લગભગ 10OGPa છે. ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કાર્બન ફાઇબરને ઉચ્ચ શક્તિ પ્રકાર (સ્ટ્રેન્થ 2000MPa, મોડ્યુલસ 250GPa) અને ઉચ્ચ મોડલ (300GPa ઉપર મોડ્યુલસ)માં વિભાજિત કરવામાં આવે છે. 4000MPa કરતાં વધુ શક્તિને અલ્ટ્રા-હાઈ સ્ટ્રેન્થ પ્રકાર પણ કહેવાય છે; 450GPa કરતાં વધુ મોડ્યુલસ ધરાવતાંને અલ્ટ્રા-હાઈ મોડલ કહેવામાં આવે છે. એરોસ્પેસ અને ઉડ્ડયન ઉદ્યોગના વિકાસ સાથે, ઉચ્ચ શક્તિ અને ઉચ્ચ વિસ્તરણ કાર્બન ફાઇબર દેખાયા છે, અને તેનું વિસ્તરણ 2% કરતા વધારે છે. મોટી માત્રામાં પોલીપ્રોપીલીન આઈ PAN-આધારિત કાર્બન ફાઈબર છે. કાર્બન ફાઇબરમાં ઉચ્ચ અક્ષીય શક્તિ અને મોડ્યુલસ, કોઈ સળવળાટ નથી, સારી થાક પ્રતિકાર, વિશિષ્ટ ગરમી અને બિન-ધાતુ અને ધાતુ વચ્ચે વિદ્યુત વાહકતા, થર્મલ વિસ્તરણનો નાનો ગુણાંક, સારી કાટ પ્રતિકાર, ઓછી ફાઇબર ઘનતા અને સારા એક્સ-રે ટ્રાન્સમિશન છે. જો કે, તેની અસર પ્રતિકાર નબળી અને નુકસાન માટે સરળ છે, મજબૂત એસિડની ક્રિયા હેઠળ ઓક્સિડેશન થાય છે, અને જ્યારે તે ધાતુ સાથે જોડાય છે ત્યારે મેટલ કાર્બનાઇઝેશન, કાર્બ્યુરાઇઝેશન અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કાટ થાય છે. પરિણામે, ઉપયોગ કરતા પહેલા કાર્બન ફાઇબરની સપાટીની સારવાર કરવી આવશ્યક છે.