วันที่ :2022-05-28  ที่มา: Fiber Composites

โครงสร้างตาข่ายของผลึกกราไฟต์ในอุดมคตินั้นเป็นของระบบผลึกหกเหลี่ยม ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ทับซ้อนกันหลายชั้นซึ่งประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนในโครงสร้างเครือข่ายวงแหวนหกสมาชิก ในวงแหวนหกสมาชิก อะตอมของคาร์บอนจะอยู่ในรูปของ sp 2 ไฮบริด

โครงสร้างพื้นฐาน

โครงสร้างตาข่ายของผลึกกราไฟต์ในอุดมคตินั้นเป็นของระบบผลึกหกเหลี่ยม ซึ่งประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่ประกอบด้วยโครงสร้างเครือข่ายวงแหวนหกสมาชิก ในวงแหวนหกสมาชิก อะตอมของคาร์บอนคือ sp 2 ไฮบริไดเซชันที่มีอยู่ ในการไฮบริไดเซชัน sp2 มีการผสมอิเล็กตรอน 1 2s 1 ตัวและ 2p อิเล็กตรอน 2 ตัว ก่อตัวเป็นพันธะที่แข็งแรง 3 พันธะ ระยะพันธะ 0.1421nm พลังงานพันธะเฉลี่ย 627kJ/mol และมุมพันธะ 120 ซึ่งกันและกัน

ออร์บิทัลบริสุทธิ์ 2p ที่เหลืออยู่ในระนาบเดียวกันตั้งฉากกับระนาบที่มีพันธะ o สามตัวตั้งอยู่ และพันธะ N ของอะตอมคาร์บอนที่ประกอบกันเป็นพันธะ N ขนานกันและทับซ้อนกันเพื่อสร้าง N ขนาดใหญ่ - พันธบัตร; อิเล็กตรอนที่ไม่ได้อยู่ในตำแหน่งบน n อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ขนานกับระนาบได้อย่างอิสระ ทำให้มีคุณสมบัติเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า พวกเขาสามารถดูดซับแสงที่มองเห็นได้ทำให้กราไฟท์เป็นสีดำ แรงแวนเดอร์วาลส์ระหว่างชั้นแกรไฟต์นั้นน้อยกว่าแรงยึดเหนี่ยววาเลนซ์ภายในชั้นมาก ระยะห่างระหว่างชั้นคือ 0.3354nm และพลังงานพันธะคือ 5.4kJ/mol ชั้นกราไฟท์ถูกเซด้วยครึ่งหนึ่งของสมมาตรหกเหลี่ยมและทำซ้ำในทุก ๆ ชั้น เกิดเป็น ABAB..

โครงสร้าง [4] และให้การหล่อลื่นตัวเองและความสามารถภายในแบบ interlayer ดังแสดงในรูปที่ 2-5 คาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุหมึกหินไมโครคริสตัลไลน์ที่ได้จากเส้นใยอินทรีย์โดยการทำให้เป็นคาร์บอนและการทำให้เป็นกราฟ

โครงสร้างจุลภาคของคาร์บอนไฟเบอร์นั้นคล้ายคลึงกับกราไฟต์เทียมซึ่งเป็นของโครงสร้างของกราไฟท์ที่วุ่นวายหลายผลึก ความแตกต่างจากโครงสร้างแกรไฟต์อยู่ที่การแปลและการหมุนที่ผิดปกติระหว่างชั้นอะตอม (ดูรูปที่ 2-6) พันธะโควาเลนต์เครือข่ายหกองค์ประกอบถูกผูกไว้ในชั้นอะตอมของ - ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะขนานกับแกนไฟเบอร์ ดังนั้นจึงเชื่อกันโดยทั่วไปว่าคาร์บอนไฟเบอร์ประกอบด้วยโครงสร้างกราไฟต์ที่ไม่เป็นระเบียบตามความสูงของแกนไฟเบอร์ ส่งผลให้โมดูลัสแรงดึงตามแนวแกนสูงมาก โครงสร้างลาเมลลาร์ของกราไฟต์มีแอนไอโซโทรปีที่สำคัญ ซึ่งทำให้คุณสมบัติทางกายภาพของแกรไฟต์แสดงแอนไอโซโทรปีด้วย

คุณสมบัติและการใช้งานของคาร์บอนไฟเบอร์

คาร์บอนไฟเบอร์สามารถแบ่งออกเป็นเส้นใย เส้นใยหลัก และเส้นใยหลัก คุณสมบัติทางกลแบ่งออกเป็นประเภททั่วไปและประเภทประสิทธิภาพสูง ความแข็งแรงของคาร์บอนไฟเบอร์ทั่วไปคือ 1,000 MPa โมดูลัสอยู่ที่ประมาณ 10OGPa คาร์บอนไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูงแบ่งออกเป็นประเภทความแข็งแรงสูง (ความแข็งแรง 2000MPa โมดูลัส 250GPa) และรุ่นสูง (โมดูลัสสูงกว่า 300GPa) ความแข็งแรงมากกว่า 4000MPa เรียกอีกอย่างว่าประเภทความแข็งแรงสูงพิเศษ ผู้ที่มีโมดูลัสมากกว่า 450GPa เรียกว่ารุ่นสูงพิเศษ ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการบิน คาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงสูงและยืดตัวได้สูง และมีการยืดตัวมากกว่า 2% จำนวนมากเป็นเส้นใยคาร์บอนที่ใช้โพลีโพรพิลีนตา PAN คาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงตามแนวแกนและโมดูลัสสูง ไม่มีการคืบ ต้านทานการล้าได้ดี ความร้อนจำเพาะและการนำไฟฟ้าระหว่างอโลหะกับโลหะ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเล็กน้อย ต้านทานการกัดกร่อนได้ดี ความหนาแน่นของไฟเบอร์ต่ำ และการส่งผ่านรังสีเอกซ์ที่ดี อย่างไรก็ตาม ความต้านทานแรงกระแทกต่ำและง่ายต่อการเสียหาย ออกซิเดชันเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของกรดแก่ และโลหะคาร์บอน คาร์บูไรเซชัน และการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อรวมกับโลหะ ด้วยเหตุนี้ คาร์บอนไฟเบอร์จึงต้องได้รับการปรับสภาพพื้นผิวก่อนใช้งาน