Ngày :2022-05-28  Nguồn: Fiber Composites

Cấu trúc mạng của tinh thể than chì lý tưởng thuộc hệ tinh thể lục giác, là cấu trúc chồng chéo nhiều lớp bao gồm các nguyên tử carbon trong cấu trúc mạng vòng sáu thành viên. Trong vòng 6 cạnh, các nguyên tử cacbon ở dạng lai hóa sp 2

Cấu trúc cơ bản

Cấu trúc mạng của tinh thể than chì lý tưởng thuộc về hệ tinh thể lục phương, bao gồm các nguyên tử carbon bao gồm cấu trúc mạng vòng sáu thành viên. Trong vòng 6 cạnh, các nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hóa sp2. Ở trạng thái lai hóa sp2 có 1 electron 2s và 2 electron 2p tạo thành 3 liên kết o bền tương đương, khoảng cách liên kết là 0,1421nm, năng lượng liên kết trung bình là 627kJ/mol, góc liên kết bằng 120 lần.

Các obitan 2p nguyên chất còn lại trong cùng một mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng chứa liên kết ba o và liên kết N của các nguyên tử cacbon tạo liên kết N song song với nhau và xen phủ tạo thành chữ N lớn. -liên kết; Các electron không định xứ trên electron thứ n có thể di chuyển tự do song song với mặt phẳng, tạo cho nó tính chất dẫn điện. Chúng có thể hấp thụ ánh sáng khả kiến, làm cho than chì có màu đen. Lực van der Waals giữa các lớp than chì nhỏ hơn nhiều so với lực liên kết hóa trị bên trong các lớp. Khoảng cách giữa các lớp là 0,3354nm và năng lượng liên kết là 5,4kJ/mol. Các lớp than chì được so le bằng một nửa đối xứng lục giác và lặp lại ở mọi lớp khác, tạo thành ABAB..

Cấu trúc [4], và mang lại cho nó khả năng tự bôi trơn và khả năng nội tại giữa các lớp, như trong Hình 2-5. Sợi carbon là vật liệu mực đá vi tinh thể thu được từ sợi hữu cơ bằng quá trình cacbon hóa và graphit hóa.

Cấu trúc vi mô của sợi carbon tương tự như cấu trúc của than chì nhân tạo, thuộc cấu trúc của than chì hỗn loạn đa tinh thể. Sự khác biệt so với cấu trúc than chì nằm ở sự tịnh tiến và quay không đều giữa các lớp nguyên tử (xem Hình 2-6). Liên kết cộng hóa trị của mạng sáu phần tử được liên kết trong lớp nguyên tử của - về cơ bản là song song với trục của sợi quang. Do đó, người ta thường tin rằng sợi carbon bao gồm cấu trúc than chì lộn xộn dọc theo chiều cao của trục sợi, dẫn đến mô đun kéo dọc trục rất cao. Cấu trúc lớp của than chì có tính dị hướng đáng kể, làm cho các tính chất vật lý của nó cũng thể hiện tính dị hướng.

Tính chất và ứng dụng của sợi carbon

Sợi carbon có thể được chia thành sợi, sợi xơ và sợi xơ. Các tính chất cơ học được chia thành loại chung và loại hiệu suất cao. Cường độ sợi carbon chung là 1000 MPa, mô đun khoảng 10OGPa. Sợi carbon hiệu suất cao được chia thành loại cường độ cao (độ bền 2000MPa, mô-đun 250GPa) và mô hình cao (mô-đun trên 300GPa). Cường độ lớn hơn 4000MPa còn được gọi là loại cường độ cực cao; Những người có mô-đun lớn hơn 450GPa được gọi là mô hình siêu cao. Với sự phát triển của ngành hàng không vũ trụ và hàng không, sợi carbon có độ bền cao và độ giãn dài cao đã xuất hiện, và độ giãn dài của nó lớn hơn 2%. Phần lớn là sợi carbon dựa trên mắt polypropylene PAN. Sợi carbon có độ bền và mô đun dọc trục cao, không rão, chống mỏi tốt, dẫn nhiệt và điện dung riêng giữa phi kim loại và kim loại, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ, chống ăn mòn tốt, mật độ sợi thấp và truyền tia X tốt. Tuy nhiên, khả năng chống va đập của nó kém và dễ hư hỏng, quá trình oxy hóa xảy ra dưới tác dụng của axit mạnh và quá trình cacbon hóa kim loại, cacbon hóa và ăn mòn điện hóa xảy ra khi nó được kết hợp với kim loại. Do đó, sợi carbon phải được xử lý bề mặt trước khi sử dụng.