Datum :2022-05-28  Källa: Fiber Composites

Gitterstrukturen för den ideala grafitkristallen tillhör det hexagonala kristallsystemet, som är en överlappande flerskiktsstruktur som består av kolatomer i en sexledad ringnätverksstruktur. I den sexledade ringen är kolatomerna i form av sp 2 hybrid

Grundläggande struktur

Gitterstrukturen för den ideala grafitkristallen tillhör det hexagonala kristallsystemet, som är sammansatt av kolatomer som består av en sexledad ringnätverksstruktur. I den sexledade ringen är kolatomerna sp 2 hybridisering existerar. I sp2-hybridisering finns det 1 2s elektron och 2 2p elektronhybridisering, vilket bildar tre ekvivalenta o starka bindningar, bindningsavståndet är 0,1421 nm, den genomsnittliga bindningsenergin är 627kJ/mol och bindningsvinklarna är 120 varandra.

De återstående rena 2p-orbitalerna i samma plan är vinkelräta mot planet där de tre o-bindningarna är belägna, och N-bindningarna för kolatomerna som utgör N-bindningen är parallella med varandra och överlappar varandra för att bilda ett stort N -obligation; De icke-lokaliserade elektronerna på n-elektronen kan röra sig fritt parallellt med planet, vilket ger den ledande egenskaper. De kan absorbera synligt ljus, vilket gör grafit svart. Van der Waals-kraften mellan grafitskikten är mycket mindre än valensbindningskraften inom skikten. Avståndet mellan skikten är 0,3354 nm, och bindningsenergin är 5,4 kJ/mol. Grafitlagren är förskjutna med hälften av den hexagonala symmetrin och upprepas i vartannat lager och bildar ABAB.

Struktur [4] och förse den med självsmörjning och intern förmåga mellan skikten, som visas i figur 2-5. Kolfiber är ett mikrokristallint stenbläckmaterial som erhålls från organiska fibrer genom förkolning och grafitisering.

Mikrostrukturen hos kolfiber liknar den hos konstgjord grafit, som tillhör strukturen av polykristallin kaotisk grafit. Skillnaden från grafitstrukturen ligger i den oregelbundna translationen och rotationen mellan atomskikten (se figur 2-6). Den kovalenta nätverksbindningen med sex element är bunden i atomskiktet av - som i princip är parallellt med fiberaxeln. Därför antas det allmänt att kolfiber är sammansatt av en oordnad grafitstruktur längs fiberaxelns höjd, vilket resulterar i en mycket hög axiell dragmodul. Den lamellära strukturen av grafit har betydande anisotropi, vilket gör att dess fysikaliska egenskaper också visar anisotropi.

Egenskaper och tillämpningar av kolfiber

Kolfiber kan delas in i filament, stapelfiber och stapelfiber. De mekaniska egenskaperna är uppdelade i generell typ och högpresterande typ. Den allmänna kolfiberstyrkan är 1000 MPa, modulen är cirka 10OGPa. Högpresterande kolfiber är uppdelad i höghållfast typ (styrka 2000MPa, modul 250GPa) och hög modell (modul över 300GPa). Styrka större än 4000 MPa kallas också ultrahöghållfast typ; De med en modul större än 450GPa kallas ultrahöga modeller. Med utvecklingen av flyg- och flygindustrin har kolfiber med hög hållfasthet och hög förlängning dykt upp, och dess förlängning är större än 2%. Den stora mängden är polypropenöga PAN-baserad kolfiber. Kolfiber har hög axiell hållfasthet och modul, ingen krypning, bra utmattningsbeständighet, specifik värme och elektrisk ledningsförmåga mellan icke-metall och metall, en liten värmeutvidgningskoefficient, bra korrosionsbeständighet, låg fiberdensitet och bra röntgentransmission. Dess slaghållfasthet är dock dålig och lätt att skada, oxidation sker under inverkan av stark syra och metallförkolning, uppkolning och elektrokemisk korrosion uppstår när den kombineras med metall. Som ett resultat måste kolfiber ytbehandlas före användning.