날짜:2022-05-28 출처: Fiber Composites

이상적인 흑연 결정의 격자 구조는 육방정계에 속하며, 육방정계는 탄소 원자가 6원환 망상 구조로 이루어진 다층 중첩 구조이다. 6원 고리에서 탄소 원자는 sp 2 하이브리드 형태

기본 구조

이상적인 흑연 결정의 격자 구조는 육방정계에 속하며, 육방정계는 6원환 망상 구조로 구성된 탄소 원자로 구성된다. 6원 고리에서 탄소 원자는 sp 2 혼성화가 존재한다. sp2 혼성화에서는 1 2s 전자와 2 2p 전자 혼성화가 일어나 3개의 등가 o 강한 결합을 형성하고, 결합 거리는 0.1421nm, 평균 결합 에너지는 627kJ/mol, 결합각은 서로 120°이다.

같은 평면에 남아있는 순수한 2p 오비탈은 3개의 o 결합이 위치한 평면에 수직이며, N-결합을 구성하는 탄소 원자의 N-결합은 서로 평행하며 중첩되어 큰 N을 형성한다. -노예; n 전자의 비편재화 전자는 평면에 평행하게 자유롭게 이동할 수 있으므로 전도성 특성을 부여합니다. 가시광선을 흡수하여 흑연을 검게 만들 수 있습니다. 흑연 층 사이의 반 데르 발스 힘은 층 내의 원자가 결합력보다 훨씬 작습니다. 층 사이의 간격은 0.3354nm이고 결합 에너지는 5.4kJ/mol입니다. 흑연 층은 육각형 대칭의 절반만큼 엇갈리고 다른 층마다 반복되어 ABAB..를 형성합니다.

구조 [4], 그림 2-5와 같이 자체 윤활 및 층간 내부 능력을 부여합니다. 탄소 섬유는 유기 섬유에서 탄화 및 흑연화를 통해 얻은 미세 결정질 스톤 잉크 재료입니다.

탄소 섬유의 미세 구조는 다결정 혼돈 흑연의 구조에 속하는 인조 흑연의 미세 구조와 유사합니다. 흑연 구조와의 차이점은 원자 층 사이의 불규칙한 병진 및 회전에 있습니다(그림 2-6 참조). 6원소 네트워크 공유 결합은 기본적으로 섬유 축과 평행한 원자층에 결합되어 있습니다. 따라서 일반적으로 탄소 섬유는 섬유 축의 높이를 따라 무질서한 흑연 구조로 구성되어 매우 높은 축 방향 인장 계수를 생성한다고 여겨집니다. 흑연의 라멜라 구조는 이방성이 커서 물리적 특성도 이방성을 나타냅니다.

탄소 섬유의 특성 및 응용

탄소 섬유는 필라멘트, 스테이플 섬유 및 스테이플 섬유로 나눌 수 있습니다. 기계적 성질은 일반형과 고성능형으로 나뉜다. 일반적인 탄소 섬유 강도는 1000MPa이고 모듈러스는 약 10OGPa입니다. 고성능 탄소섬유는 고강도형(강도 2000MPa, 모듈러스 250GPa)과 하이모델(모듈러스 300GPa 이상)로 나뉜다. 4000MPa 이상의 강도는 초고강도형이라고도 합니다. 계수가 450GPa보다 큰 모델을 초고형 모델이라고 합니다. 항공 우주 및 항공 산업의 발전으로 고강도 및 고신율 탄소 섬유가 등장했으며 그 신율은 2% 이상입니다. 다량은 폴리프로필렌 눈 PAN 기반 탄소 섬유입니다. 탄소 섬유는 높은 축 방향 강도와 모듈러스, 크리프 없음, 우수한 피로 저항성, 비금속과 금속 사이의 비열 및 전기 전도도, 작은 열팽창 계수, 우수한 내식성, 낮은 섬유 밀도 및 우수한 X 선 투과성을 가지고 있습니다. 그러나 내충격성이 약하고 파손되기 쉬우며, 강산의 작용으로 산화가 일어나고, 금속과 결합하면 금속 탄화, 침탄, 전기화학적 부식이 일어난다. 따라서 탄소 섬유는 사용하기 전에 표면 처리를 해야 합니다.