Дата: 28 мая 2022 г. Источник: Fiber Composites.

Структура решетки идеального кристалла графита принадлежит к гексагональной кристаллической системе, которая представляет собой многослойную перекрывающуюся структуру, состоящую из атомов углерода в шестичленной кольцевой сетчатой ​​структуре. В шестичленном кольце атомы углерода находятся в форме sp2-гибрида.

Базовая структура

Структура решетки идеального кристалла графита принадлежит к гексагональной кристаллической системе, которая состоит из атомов углерода, состоящих из шестичленной кольцевой сетчатой ​​структуры. В шестичленном кольце атомы углерода находятся в состоянии sp 2 гибридизации. При sp2-гибридизации происходит гибридизация 1 2s-электрона и 2 2p-электрона, образующих три эквивалентные сильные связи, расстояние связи составляет 0,1421 нм, средняя энергия связи составляет 627 кДж / моль, а углы связи составляют 120 друг к другу.

Остальные чистые 2p-орбитали в той же плоскости перпендикулярны плоскости, где расположены три о-связи, а N-связи атомов углерода, составляющих N-связь, параллельны друг другу и перекрываются, образуя большую N -связь; Нелокализованные электроны на n-электроне могут свободно двигаться параллельно плоскости, придавая ей проводящие свойства. Они могут поглощать видимый свет, делая графит черным. Сила Ван-дер-Ваальса между слоями графита намного меньше силы валентной связи внутри слоев. Расстояние между слоями 0,3354 нм, энергия связи 5,4 кДж/моль. Слои графита смещены на половину гексагональной симметрии и повторяются в каждом втором слое, образуя ABAB.

Структура [4] и придание ей самосмазывающейся и межслойной внутренней способности, как показано на рис. 2-5. Углеродное волокно представляет собой микрокристаллический каменно-чернильный материал, получаемый из органического волокна путем карбонизации и графитизации.

Микроструктура углеродного волокна аналогична структуре искусственного графита, который относится к структуре поликристаллического хаотического графита. Отличие от структуры графита заключается в неравномерном перемещении и вращении атомных слоев (см. рис. 2-6). Шестиэлементная ковалентная связь связана в атомном слое, который в основном параллелен оси волокна. Поэтому обычно считается, что углеродное волокно состоит из неупорядоченной структуры графита по высоте оси волокна, что приводит к очень высокому модулю осевого растяжения. Пластинчатая структура графита имеет значительную анизотропию, что делает его физические свойства также анизотропными.

Свойства и применение углеродного волокна

Углеродное волокно можно разделить на нить, штапельное волокно и штапельное волокно. Механические свойства делятся на общий тип и высокопроизводительный тип. Общая прочность углеродного волокна составляет 1000 МПа, модуль - около 10OGPa. Высококачественное углеродное волокно делится на высокопрочный тип (прочность 2000 МПа, модуль 250 ГПа) и высокопрочный (модуль выше 300 ГПа). Прочность более 4000 МПа также называют сверхвысокопрочным типом; Модели с модулем более 450 ГПа называются сверхвысокими моделями. С развитием аэрокосмической и авиационной промышленности появилось углеродное волокно высокой прочности и высокого удлинения, причем его удлинение превышает 2%. Большую часть составляют полипропиленовые глазки из углеродного волокна на основе ПАН. Углеродное волокно имеет высокую осевую прочность и модуль, отсутствие ползучести, хорошую усталостную прочность, удельную тепло- и электропроводность между неметаллом и металлом, малый коэффициент теплового расширения, хорошую коррозионную стойкость, низкую плотность волокна и хорошее пропускание рентгеновских лучей. Однако его ударопрочность плоха и легко повреждается, под действием сильной кислоты происходит окисление, а при соединении с металлом - науглероживание, науглероживание и электрохимическая коррозия металла. В результате перед использованием углеродное волокно должно быть обработано.