Дата: 2022-05-28  Джерело: Fiber Composites

Гратчаста структура ідеального кристала графіту належить до гексагональної кристалічної системи, яка є багатошаровою перекриваючою структурою, що складається з атомів вуглецю в шестичленній кільцевій мережевій структурі. У шестичленному циклі атоми вуглецю знаходяться у формі sp 2 гібриду

Базова структура

Структура решітки ідеального кристала графіту належить до гексагональної кристалічної системи, яка складається з атомів вуглецю, що складається з шестичленної кільцевої мережевої структури. У шестичленному кільці атоми вуглецю є sp 2 гібридизацією. У гібридизації sp2 існує гібридизація 1 2s електрона та 2 2p електрона, утворюючи три еквівалентні міцні зв’язки, відстань зв’язку становить 0,1421 нм, середня енергія зв’язку становить 627 кДж/моль, а кути зв’язку дорівнюють 120 один одному.

Решта чистих 2p-орбіталей у тій самій площині перпендикулярні до площини, де розташовані три o-зв’язки, а N-зв’язки атомів вуглецю, які складають N-зв’язок, паралельні один одному та перекриваються, утворюючи великий N - облігація; Нелокалізовані електрони на n-електроні можуть вільно рухатися паралельно площині, надаючи йому провідних властивостей. Вони можуть поглинати видиме світло, роблячи графіт чорним. Ван-дер-Ваальсова сила між шарами графіту набагато менша, ніж сила валентного зв’язку всередині шарів. Відстань між шарами становить 0,3354 нм, а енергія зв’язку — 5,4 кДж/моль. Шари графіту розташовані в шаховому порядку на половину гексагональної симетрії та повторюються в кожному іншому шарі, утворюючи ABAB..

Структура [4] та наділення її здатністю до самозмащування та внутрішніх прошарків, як показано на малюнку 2-5. Вуглецеве волокно - це мікрокристалічний кам'яно-чорнильний матеріал, отриманий з органічного волокна шляхом карбонізації та графітизації.

Мікроструктура вуглецевого волокна подібна до штучного графіту, який належить до структури полікристалічного хаотичного графіту. Відмінність від графітової структури полягає в нерегулярному переміщенні та обертанні між атомними шарами (див. Малюнок 2-6). Ковалентний зв'язок з шести елементів мережі зв'язаний в атомному шарі -, який в основному паралельний осі волокна. Тому зазвичай вважається, що вуглецеве волокно складається з невпорядкованої структури графіту по висоті осі волокна, що призводить до дуже високого осьового модуля розтягування. Пластинчаста структура графіту має значну анізотропію, через що його фізичні властивості також демонструють анізотропію.

Властивості та застосування вуглецевого волокна

Вуглецеве волокно можна розділити на нитку, штапельне волокно та штапельне волокно. Механічні властивості поділяються на загальний тип і тип високої продуктивності. Загальна міцність вуглецевого волокна становить 1000 МПа, модуль близько 10OGPa. Високоефективне вуглецеве волокно поділяється на високоміцний тип (міцність 2000 МПа, модуль 250 ГПа) і високу модель (модуль вище 300 ГПа). Міцність понад 4000 МПа також називається типом надвисокої міцності; Моделі з модулем більше 450 ГПа називаються надвисокими моделями. З розвитком аерокосмічної та авіаційної промисловості з’явилося вуглецеве волокно з високою міцністю та високим подовженням, а його подовження перевищує 2%. Велика кількість - поліпропіленове око PAN на основі вуглецевого волокна. Вуглецеве волокно має високу осьову міцність і модуль, відсутність повзучості, хороший опір втомі, питому теплоту і електропровідність між неметалом і металом, малий коефіцієнт теплового розширення, хорошу корозійну стійкість, низьку щільність волокна і добре пропускання рентгенівського випромінювання. Однак його стійкість до ударів низька і його легко пошкодити, під дією сильної кислоти відбувається окислення, а при з’єднанні металу з металом — карбонізація, науглерожування та електрохімічна корозія. Як наслідок, перед використанням вуглецеве волокно має бути оброблено поверхнею.