തീയതി :2022-05-28  ഉറവിടം: ഫൈബർ കോമ്പോസിറ്റുകൾ

അനുയോജ്യമായ ഗ്രാഫൈറ്റ് ക്രിസ്റ്റലിന്റെ ലാറ്റിസ് ഘടന ഷഡ്ഭുജാകൃതിയിലുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ സിസ്റ്റത്തിൽ പെടുന്നു, ഇത് ആറ്-അംഗ റിംഗ് നെറ്റ്‌വർക്ക് ഘടനയിൽ കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ ചേർന്ന ഒരു മൾട്ടി-ലെയർ ഓവർലാപ്പിംഗ് ഘടനയാണ്. ആറ് അംഗങ്ങളുള്ള വളയത്തിൽ, കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ sp 2 ഹൈബ്രിഡ് രൂപത്തിലാണ്.

അടിസ്ഥാന ഘടന

അനുയോജ്യമായ ഗ്രാഫൈറ്റ് ക്രിസ്റ്റലിന്റെ ലാറ്റിസ് ഘടന ഷഡ്ഭുജാകൃതിയിലുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ സിസ്റ്റത്തിന്റേതാണ്, ഇത് ആറ്-അംഗ റിംഗ് നെറ്റ്‌വർക്ക് ഘടനയിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ ചേർന്നതാണ്. ആറ് അംഗങ്ങളുള്ള വളയത്തിൽ, കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ sp 2 ഹൈബ്രിഡൈസേഷൻ നിലവിലുണ്ട്. sp2 ഹൈബ്രിഡൈസേഷനിൽ, 1 2s ഇലക്ട്രോണും 2 2p ഇലക്ട്രോൺ ഹൈബ്രിഡൈസേഷനും ഉണ്ട്, ഇത് മൂന്ന് തുല്യമായ അല്ലെങ്കിൽ ശക്തമായ ബോണ്ടുകൾ ഉണ്ടാക്കുന്നു, ബോണ്ട് ദൂരം 0.1421nm ആണ്, ശരാശരി ബോണ്ട് ഊർജ്ജം 627kJ/mol ആണ്, ബോണ്ട് കോണുകൾ പരസ്പരം 120 ആണ്.

ഒരേ തലത്തിൽ ശേഷിക്കുന്ന ശുദ്ധമായ 2p പരിക്രമണപഥങ്ങൾ മൂന്ന് o ബോണ്ടുകൾ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന തലത്തിന് ലംബമാണ്, കൂടാതെ N-ബോണ്ട് നിർമ്മിക്കുന്ന കാർബൺ ആറ്റങ്ങളുടെ N-ബോണ്ടുകൾ പരസ്പരം സമാന്തരമായി ഓവർലാപ്പ് ചെയ്ത് ഒരു വലിയ N രൂപപ്പെടുന്നു. -ബോണ്ട്; n ഇലക്ട്രോണിലെ പ്രാദേശികവൽക്കരിക്കാത്ത ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് തലത്തിന് സമാന്തരമായി സ്വതന്ത്രമായി സഞ്ചരിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് ചാലക ഗുണങ്ങൾ നൽകുന്നു. അവർക്ക് ദൃശ്യപ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യാൻ കഴിയും, ഇത് ഗ്രാഫൈറ്റിനെ കറുത്തതാക്കുന്നു. ഗ്രാഫൈറ്റ് പാളികൾക്കിടയിലുള്ള വാൻ ഡെർ വാൽസ് ബലം പാളികൾക്കുള്ളിലെ വാലൻസ് ബോണ്ട് ശക്തിയേക്കാൾ വളരെ കുറവാണ്. പാളികൾ തമ്മിലുള്ള അകലം 0.3354nm ആണ്, ബോണ്ട് ഊർജ്ജം 5.4kJ/mol ആണ്. ഗ്രാഫൈറ്റ് പാളികൾ ഷഡ്ഭുജ സമമിതിയുടെ പകുതിയോളം സ്തംഭനാവസ്ഥയിലാകുകയും മറ്റെല്ലാ പാളികളിലും ആവർത്തിക്കുകയും ABAB രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഘടന [4], ചിത്രം 2-5 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, സ്വയം-ലൂബ്രിക്കേഷനും ഇന്റർലേയർ ആന്തരിക ശേഷിയും നൽകുന്നു. കാർബണൈസേഷനും ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷനും വഴി ഓർഗാനിക് ഫൈബറിൽ നിന്ന് ലഭിക്കുന്ന ഒരു മൈക്രോക്രിസ്റ്റലിൻ കല്ല്-മഷി വസ്തുവാണ് കാർബൺ ഫൈബർ.

കാർബൺ ഫൈബറിന്റെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ കൃത്രിമ ഗ്രാഫൈറ്റിന് സമാനമാണ്, ഇത് പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ ചായോട്ടിക് ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ ഘടനയിൽ പെടുന്നു. ഗ്രാഫൈറ്റ് ഘടനയിൽ നിന്നുള്ള വ്യത്യാസം ക്രമരഹിതമായ വിവർത്തനത്തിലും ആറ്റോമിക് പാളികൾക്കിടയിലുള്ള ഭ്രമണത്തിലും ആണ് (ചിത്രം 2-6 കാണുക). ആറ് മൂലക ശൃംഖല കോവാലന്റ് ബോണ്ട് ആറ്റോമിക് പാളിയിൽ ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു - ഇത് അടിസ്ഥാനപരമായി ഫൈബർ അക്ഷത്തിന് സമാന്തരമാണ്. അതിനാൽ, ഫൈബർ അച്ചുതണ്ടിന്റെ ഉയരത്തിൽ ക്രമരഹിതമായ ഗ്രാഫൈറ്റ് ഘടനയാണ് കാർബൺ ഫൈബർ നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നതെന്ന് പൊതുവെ വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് വളരെ ഉയർന്ന അക്ഷീയ ടെൻസൈൽ മോഡുലസിന് കാരണമാകുന്നു. ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ ലാമെല്ലാർ ഘടനയ്ക്ക് കാര്യമായ അനിസോട്രോപ്പി ഉണ്ട്, ഇത് അതിന്റെ ഭൗതിക ഗുണങ്ങളും അനിസോട്രോപ്പി കാണിക്കുന്നു.

കാർബൺ ഫൈബറിന്റെ ഗുണങ്ങളും പ്രയോഗങ്ങളും

കാർബൺ ഫൈബറിനെ ഫിലമെന്റ്, സ്റ്റേപ്പിൾ ഫൈബർ, സ്റ്റേപ്പിൾ ഫൈബർ എന്നിങ്ങനെ വിഭജിക്കാം. മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളെ പൊതുവായ തരം, ഉയർന്ന പ്രകടന തരം എന്നിങ്ങനെ തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. പൊതുവായ കാർബൺ ഫൈബർ ശക്തി 1000 MPa ആണ്, മോഡുലസ് ഏകദേശം 10OGPa ആണ്. ഉയർന്ന പ്രവർത്തനക്ഷമതയുള്ള കാർബൺ ഫൈബറിനെ ഉയർന്ന കരുത്ത് തരം (ശക്തി 2000MPa, മോഡുലസ് 250GPa), ഉയർന്ന മോഡൽ (300GPa-ന് മുകളിലുള്ള മോഡുലസ്) എന്നിങ്ങനെ തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. 4000MPa-ൽ കൂടുതലുള്ള ശക്തിയെ അൾട്രാ-ഹൈ സ്ട്രെങ്ത് തരം എന്നും വിളിക്കുന്നു; 450GPa-ൽ കൂടുതൽ മോഡുലസ് ഉള്ളവയെ അൾട്രാ-ഹൈ മോഡലുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. എയ്‌റോസ്‌പേസ്, ഏവിയേഷൻ വ്യവസായത്തിന്റെ വികാസത്തോടെ, ഉയർന്ന ശക്തിയും ഉയർന്ന നീളമേറിയ കാർബൺ ഫൈബറും പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു, അതിന്റെ നീളം 2% ൽ കൂടുതലാണ്. വലിയ തുക പോളിപ്രൊഫൈലിൻ കണ്ണ് പാൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള കാർബൺ ഫൈബർ ആണ്. കാർബൺ ഫൈബറിന് ഉയർന്ന അച്ചുതണ്ട് ശക്തിയും മോഡുലസും ഉണ്ട്, ക്രീപ്പ് ഇല്ല, നല്ല ക്ഷീണം പ്രതിരോധം, ലോഹവും ലോഹവും തമ്മിലുള്ള പ്രത്യേക താപവും വൈദ്യുതചാലകതയും, താപ വികാസത്തിന്റെ ഒരു ചെറിയ ഗുണകം, നല്ല നാശന പ്രതിരോധം, കുറഞ്ഞ ഫൈബർ സാന്ദ്രത, നല്ല എക്സ്-റേ സംപ്രേഷണം. എന്നിരുന്നാലും, അതിന്റെ ആഘാത പ്രതിരോധം മോശവും കേടുപാടുകൾ വരുത്താൻ എളുപ്പവുമാണ്, ശക്തമായ ആസിഡിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ ഓക്സിഡേഷൻ സംഭവിക്കുന്നു, ലോഹവുമായി സംയോജിപ്പിക്കുമ്പോൾ ലോഹ കാർബണൈസേഷൻ, കാർബറൈസേഷൻ, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ കോറോഷൻ എന്നിവ സംഭവിക്കുന്നു. തൽഫലമായി, ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് കാർബൺ ഫൈബർ ഉപരിതലത്തിൽ ചികിത്സിക്കണം.