Datum: 2022-05-28  Vir: Fiber Composites

Mrežasta struktura idealnega kristala grafita pripada heksagonalnemu kristalnemu sistemu, ki je večplastna prekrivajoča se struktura, sestavljena iz ogljikovih atomov v šestčlenski obročni mrežni strukturi. V šestčlenskem obroču so ogljikovi atomi v obliki sp 2 hibrida

Osnovna struktura

Mrežasta struktura idealnega kristala grafita pripada heksagonalnemu kristalnemu sistemu, ki je sestavljen iz ogljikovih atomov, sestavljenih iz šestčlenske obročne mrežne strukture. V šestčlenskem obroču so ogljikovi atomi sp 2 hibridizacija obstaja. Pri hibridizaciji sp2 obstajata hibridizacija 1 2s elektrona in 2 2p elektrona, ki tvorita tri enakovredne o močne vezi, razdalja med vezmi je 0,1421 nm, povprečna energija vezi je 627 kJ/mol in vezni koti so med seboj 120°.

Preostale čiste 2p orbitale v isti ravnini so pravokotne na ravnino, kjer se nahajajo tri o vezi, N-vezi ogljikovih atomov, ki sestavljajo N-vez, pa so med seboj vzporedne in se prekrivajo ter tvorijo veliko N - obveznica; Nelokalizirani elektroni na n elektronu se lahko prosto gibljejo vzporedno z ravnino, kar mu daje prevodne lastnosti. Lahko absorbirajo vidno svetlobo, zaradi česar je grafit črn. Van der Waalsova sila med grafitnimi plastmi je veliko manjša od sile valenčne vezi znotraj plasti. Razmik med plastmi je 0,3354 nm, energija vezi pa 5,4 kJ/mol. Grafitne plasti so zamaknjene za polovico heksagonalne simetrije in se ponavljajo v vsaki drugi plasti ter tvorijo ABAB..

Strukturo [4] in jo opremiti s sposobnostjo samomazanja in notranjega vmesnega sloja, kot je prikazano na sliki 2-5. Ogljikova vlakna so mikrokristalni material s kamnitim črnilom, pridobljen iz organskih vlaken s karbonizacijo in grafitizacijo.

Mikrostruktura ogljikovih vlaken je podobna umetnemu grafitu, ki spada v strukturo polikristalnega kaotičnega grafita. Razlika od grafitne strukture je v nepravilnem premiku in rotaciji med atomskimi plastmi (glej sliko 2-6). Kovalentna vez šestelementnega omrežja je vezana v atomski plasti -, ki je v bistvu vzporedna z osjo vlakna. Zato se na splošno verjame, da so ogljikova vlakna sestavljena iz neurejene strukture grafita vzdolž višine osi vlaken, kar ima za posledico zelo visok aksialni natezni modul. Lamelna struktura grafita ima znatno anizotropijo, zaradi česar tudi njegove fizikalne lastnosti kažejo anizotropijo.

Lastnosti in uporaba ogljikovih vlaken

Ogljikova vlakna lahko razdelimo na filamente, rezana vlakna in rezana vlakna. Mehanske lastnosti so razdeljene na splošne in visoko zmogljive. Splošna trdnost ogljikovih vlaken je 1000 MPa, modul je približno 10OGPa. Visoko zmogljiva ogljikova vlakna so razdeljena na visoko trdnost (trdnost 2000MPa, modul 250GPa) in visokomodel (modul nad 300GPa). Trdnost, večjo od 4000 MPa, se imenuje tudi tip ultra visoke trdnosti; Tisti z modulom nad 450 GPa se imenujejo ultra visoki modeli. Z razvojem vesoljske in letalske industrije so se pojavila ogljikova vlakna visoke trdnosti in velikega raztezka, njihov raztezek pa je večji od 2%. Velika količina je polipropilensko oko PAN na osnovi ogljikovih vlaken. Ogljikova vlakna imajo visoko aksialno trdnost in modul, brez lezenja, dobro odpornost proti utrujenosti, specifično toploto in električno prevodnost med nekovino in kovino, majhen koeficient toplotnega raztezanja, dobro odpornost proti koroziji, nizko gostoto vlaken in dobro prepustnost rentgenskih žarkov. Vendar pa je njegova odpornost na udarce slaba in jo je enostavno poškodovati, oksidacija se pojavi pod vplivom močne kisline, karbonizacija kovine, naogljičenje in elektrokemična korozija pa se pojavijo, ko je v kombinaciji s kovino. Zato je treba ogljikova vlakna pred uporabo površinsko obdelati.