Structura și proprietățile fibrei de carbon
Data :2022-05-28 Sursa: Fibre Composite
Structura rețelei a cristalului de grafit ideal aparține sistemului de cristal hexagonal, care este o structură suprapusă cu mai multe straturi, compusă din atomi de carbon într-o structură de rețea inelară cu șase membri. În ciclul cu șase atomi, atomii de carbon sunt sub formă de hibrid sp 2
Structură de bază
Structura rețelei a cristalului ideal de grafit aparține sistemului cristalin hexagonal, care este compus din atomi de carbon alcătuiți dintr-o structură de rețea inelară cu șase membri. În ciclul cu șase atomi, atomii de carbon sunt sp 2 hibridizare există. În hibridizarea sp2, există hibridizare 1 2s electron și 2 2p electroni, formând trei legături echivalente sau puternice, distanța legăturilor este de 0,1421 nm, energia medie a legăturii este de 627 kJ/mol și unghiurile de legătură sunt de 120 între ele.
Orbitalii 2p puri rămași în același plan sunt perpendiculari pe planul în care sunt situate cele trei legături o, iar legăturile N ale atomilor de carbon care alcătuiesc legătura N sunt paralele între ele și se suprapun pentru a forma un N mare. -legătură; Electronii nelocalizați de pe electronul n se pot mișca liber paralel cu planul, dându-i proprietăți conductoare. Ele pot absorbi lumina vizibilă, făcând grafitul negru. Forța van der Waals dintre straturile de grafit este mult mai mică decât forța de legătură de valență din straturi. Distanța dintre straturi este de 0,3354 nm, iar energia de legătură este de 5,4 kJ/mol. Straturile de grafit sunt eșalonate cu jumătate din simetria hexagonală și repetate în fiecare alt strat, formând ABAB..
Structura [4] și dotarea acesteia cu auto-lubrifiere și capacitate internă interstrat, așa cum se arată în Figura 2-5. Fibra de carbon este un material de cerneală de piatră microcristalină obținut din fibre organice prin carbonizare și grafitizare.
Microstructura fibrei de carbon este similară cu cea a grafitului artificial, care aparține structurii grafitului haotic policristalin. Diferența față de structura grafitului constă în translația neregulată și rotația dintre straturile atomice (vezi Figura 2-6). Legătura covalentă a rețelei de șase elemente este legată în stratul atomic al - care este practic paralel cu axa fibrei. Prin urmare, se crede în general că fibra de carbon este compusă dintr-o structură de grafit dezordonată de-a lungul înălțimii axei fibrei, rezultând un modul de întindere axial foarte mare. Structura lamelară a grafitului are o anizotropie semnificativă, ceea ce face ca proprietățile sale fizice să prezinte și anizotropie.
Proprietăți și aplicații ale fibrei de carbon
Fibra de carbon poate fi împărțită în filament, fibre discontinue și fibre discontinue. Proprietățile mecanice sunt împărțite în tipul general și tipul de înaltă performanță. Rezistența generală a fibrei de carbon este de 1000 MPa, modulul este de aproximativ 10OGPa. Fibra de carbon de înaltă performanță este împărțită în tip de înaltă rezistență (rezistență 2000MPa, modul 250GPa) și model înalt (modul peste 300GPa). Rezistența mai mare de 4000MPa este numită și tip de rezistență ultra-înaltă; Cele cu un modul mai mare de 450GPa sunt numite modele ultra-înalte. Odată cu dezvoltarea industriei aerospațiale și aviatice, a apărut fibra de carbon de înaltă rezistență și alungire mare, iar alungirea sa este mai mare de 2%. Cantitatea mare este fibră de carbon pe bază de ochi de polipropilenă PAN. Fibra de carbon are rezistență și modul axial ridicat, fără fluaj, rezistență bună la oboseală, căldură specifică și conductivitate electrică între nemetal și metal, un coeficient mic de dilatare termică, rezistență bună la coroziune, densitate scăzută a fibrelor și transmisie bună de raze X. Cu toate acestea, rezistența sa la impact este slabă și ușor de deteriorat, oxidarea are loc sub acțiunea acidului puternic, iar carbonizarea metalului, carburarea și coroziunea electrochimică apar atunci când este combinată cu metalul. Ca rezultat, fibra de carbon trebuie tratată la suprafață înainte de utilizare.