日付:2022-05-28 出典: 繊維複合材

理想的なグラファイト結晶の格子構造は六方晶系に属し、六員環ネットワーク構造の炭素原子からなる多層の重なり構造です。 6員環では、炭素原子はsp 2ハイブリッドの形をしています

基本構造

理想的なグラファイト結晶の格子構造は六方晶系に属し、六員環ネットワーク構造で構成される炭素原子で構成されます。 6 員環では、炭素原子は sp 2 混成が存在します。 sp2 ハイブリダイゼーションでは、1 つの 2s 電子と 2 つの 2p 電子ハイブリダイゼーションがあり、3 つの同等の強い結合を形成します。結合距離は 0.1421nm、平均結合エネルギーは 627kJ/mol で、結合角は互いに 120 です。

同一平面内に残った純粋な2p軌道は、3つのo結合が位置する平面に対して垂直であり、N結合を構成する炭素原子のN結合は互いに平行で重なり合って大きなNを形成します。 -つなぐ; n電子上の非局在電子は、平面に平行に自由に移動できるため、導電特性が得られます。それらは可視光を吸収し、グラファイトを黒くします。グラファイト層間のファンデルワールス力は、層内の原子価結合力よりもはるかに小さいです。層間の間隔は 0.3354nm で、結合エネルギーは 5.4kJ/mol です。グラファイト層は六方対称の半分だけ互い違いに配置され、1 つおきの層で繰り返され、ABAB を形成します。

図2-5に示すように[4]の構造を持ち、自己潤滑性と層間内部能力を付与します。炭素繊維は、炭化および黒鉛化によって有機繊維から得られる微結晶石インク材料です。

炭素繊維の微細構造は、多結晶カオスグラファイトの構造に属する人造グラファイトの微細構造に似ています。グラファイト構造との違いは、原子層の間の並進と回転が不規則であることです (図 2-6 を参照)。 6 要素ネットワークの共有結合は、基本的に繊維軸に平行な - の原子層に結合しています。したがって、炭素繊維は、繊維軸の高さに沿って不規則なグラファイト構造で構成されており、その結果、軸方向の引張弾性率が非常に高くなると一般に考えられています。グラファイトのラメラ構造は大きな異方性を持っており、その物理的特性も異方性を示します。

炭素繊維の特性と用途

炭素繊維は、フィラメント、短繊維、短繊維に分けることができます。機械的性質は、一般タイプと高性能タイプに分けられます。一般的な炭素繊維の強度は 1000 MPa、弾性率は約 10OGPa です。高性能炭素繊維は、高強度タイプ（強度2000MPa、弾性率250GPa）とハイモデル（弾性率300GPa以上）に分けられます。 4000MPa以上の強度は超高強度タイプとも呼ばれます。弾性率が450GPaを超えるものは超ハイモデルと呼ばれます。航空宇宙および航空産業の発展に伴い、高強度および高伸びの炭素繊維が登場し、その伸びは2％を超えています。大部分はポリプロピレンアイPAN系炭素繊維です。炭素繊維は、軸方向の強度と弾性率が高く、クリープがなく、耐疲労性に優れ、非金属と金属間の比熱と電気伝導率が低く、熱膨張係数が小さく、耐腐食性が高く、繊維密度が低く、X 線透過率が良好です。しかし、耐衝撃性が悪く破損しやすく、強酸の作用で酸化し、金属と結合すると金属の炭化、浸炭、電食が発生します。そのため、炭素繊維は使用前に表面処理を行う必要があります。