Data: 2022-05-28 Źródło: Fiber Composites

Struktura sieciowa idealnego kryształu grafitu należy do heksagonalnego układu krystalicznego, który jest wielowarstwową nakładającą się strukturą złożoną z atomów węgla w sześcioczłonowej strukturze sieci pierścieniowej. W sześcioczłonowym pierścieniu atomy węgla są w postaci hybrydy sp2

Podstawowa struktura

Struktura sieciowa idealnego kryształu grafitu należy do heksagonalnego układu krystalicznego, który składa się z atomów węgla składających się z sześcioczłonowej struktury sieci pierścieniowej. W sześcioczłonowym pierścieniu, atomy węgla są sp 2 istnieje hybrydyzacja. W hybrydyzacji sp2 występuje hybrydyzacja 1 2s elektronów i 2 2p elektronów, tworząc trzy równoważne wiązania silne, odległość między wiązaniami wynosi 0,1421 nm, średnia energia wiązania wynosi 627 kJ/mol, a kąty między wiązaniami wynoszą 120.

Pozostałe czyste orbitale 2p w tej samej płaszczyźnie są prostopadłe do płaszczyzny, w której znajdują się trzy wiązania o, a wiązania N atomów węgla tworzących wiązanie N są równoległe do siebie i zachodzą na siebie, tworząc duże N -obligacja; Niezlokalizowane elektrony na elektronie n mogą poruszać się swobodnie równolegle do płaszczyzny, nadając jej właściwości przewodzące. Mogą pochłaniać światło widzialne, czyniąc grafitową czerń. Siła van der Waalsa między warstwami grafitu jest znacznie mniejsza niż siła wiązania walencyjnego w warstwach. Odstęp między warstwami wynosi 0,3354 nm, a energia wiązania 5,4 kJ/mol. Warstwy grafitu są przesunięte o połowę symetrii heksagonalnej i powtarzają się w co drugiej warstwie, tworząc ABAB..

Struktura [4] i wyposażenie jej w samosmarowność i wewnętrzną zdolność międzywarstwową, jak pokazano na rysunku 2-5. Włókno węglowe to mikrokrystaliczny materiał z atramentu kamiennego otrzymywany z włókna organicznego przez karbonizację i grafityzację.

Mikrostruktura włókna węglowego jest podobna do sztucznego grafitu, który należy do struktury polikrystalicznego grafitu chaotycznego. Różnica w stosunku do struktury grafitowej polega na nieregularnej translacji i rotacji między warstwami atomowymi (patrz rysunek 2.6). Sześcioelementowe wiązanie kowalencyjne sieci jest związane w warstwie atomowej - która jest zasadniczo równoległa do osi włókna. Dlatego ogólnie uważa się, że włókno węglowe składa się z nieuporządkowanej struktury grafitu wzdłuż wysokości osi włókna, co skutkuje bardzo wysokim osiowym modułem sprężystości przy rozciąganiu. Struktura płytkowa grafitu ma znaczną anizotropię, co sprawia, że ​​jego właściwości fizyczne również wykazują anizotropię.

Właściwości i zastosowania włókna węglowego

Włókno węglowe można podzielić na włókno ciągłe, włókno staplowe i włókno staplowe. Właściwości mechaniczne są podzielone na typ ogólny i typ o wysokiej wydajności. Ogólna wytrzymałość włókna węglowego wynosi 1000 MPa, moduł sprężystości około 10OGPa. Wysokowydajne włókno węglowe dzieli się na typ o wysokiej wytrzymałości (wytrzymałość 2000 MPa, moduł 250 GPa) oraz model o wysokiej wytrzymałości (moduł powyżej 300 GPa). Wytrzymałość większa niż 4000 MPa jest również nazywana typem o ultra wysokiej wytrzymałości; Te o module większym niż 450 GPa nazywane są modelami ultrawysokimi. Wraz z rozwojem przemysłu lotniczego i kosmicznego pojawiło się włókno węglowe o wysokiej wytrzymałości i dużej rozciągliwości, a jego wydłużenie jest większe niż 2%. Duża ilość to polipropylenowe włókno węglowe na bazie PAN. Włókno węglowe ma wysoką wytrzymałość osiową i moduł, brak pełzania, dobrą odporność na zmęczenie, ciepło właściwe i przewodnictwo elektryczne między niemetalem a metalem, mały współczynnik rozszerzalności cieplnej, dobrą odporność na korozję, niską gęstość włókien i dobrą transmisję promieniowania rentgenowskiego. Jednak jego odporność na uderzenia jest słaba i łatwa do uszkodzenia, utlenianie zachodzi pod działaniem mocnego kwasu, aw połączeniu z metalem dochodzi do karbonizacji, nawęglania i korozji elektrochemicznej metalu. W rezultacie włókno węglowe musi zostać poddane obróbce powierzchniowej przed użyciem.