Datum :2022-05-28  Izvor: Fiber Composites

Rešetkasta struktura idealnog kristala grafita pripada heksagonalnom kristalnom sistemu, koji je višeslojna preklapajuća struktura sastavljena od atoma ugljika u šesteročlanoj prstenastoj mrežnoj strukturi. U šestočlanom prstenu atomi ugljika su u obliku sp 2 hibrida

Osnovna struktura

Rešetkasta struktura idealnog kristala grafita pripada heksagonalnom kristalnom sistemu, koji se sastoji od atoma ugljika sastavljenih od šestočlane prstenaste mrežne strukture. U šestočlanom prstenu, atomi ugljika su sp 2 hibridizacija postoji. U sp2 hibridizaciji, postoje 1 2s elektronska i 2 2p elektronska hibridizacija, formirajući tri ekvivalentne o jake veze, udaljenost veze je 0,1421 nm, prosječna energija veze je 627 kJ/mol i uglovi veze su 120 jedan drugog.

Preostale čiste 2p orbitale u istoj ravni su okomite na ravan u kojoj se nalaze tri o veze, a N-veze atoma ugljika koji čine N-vezu su paralelne jedna s drugom i preklapaju se kako bi formirale veliki N -obveznica; Nelokalizirani elektroni na n elektronu mogu se slobodno kretati paralelno s ravninom, dajući mu provodljiva svojstva. Mogu apsorbirati vidljivu svjetlost, čineći grafit crnim. Van der Waalsova sila između slojeva grafita je daleko manja od sile valentne veze unutar slojeva. Razmak između slojeva je 0,3354 nm, a energija veze 5,4 kJ/mol. Grafitni slojevi su poređani za polovinu heksagonalne simetrije i ponavljaju se u svakom drugom sloju, formirajući ABAB.

Struktura [4], i davanje samopodmazivanja i unutrašnje sposobnosti međusloja, kao što je prikazano na slici 2-5. Ugljična vlakna su mikrokristalni materijal od kamenog mastila koji se dobija od organskih vlakana karbonizacijom i grafitizacijom.

Mikrostruktura karbonskih vlakana slična je strukturi umjetnog grafita, koji pripada strukturi polikristalnog haotičnog grafita. Razlika u odnosu na grafitnu strukturu leži u nepravilnom translaciji i rotaciji između atomskih slojeva (vidi sliku 2-6). Mrežna kovalentna veza od šest elemenata vezana je u atomskom sloju - koji je u osnovi paralelan s osi vlakna. Stoga se općenito vjeruje da su karbonska vlakna sastavljena od neuređene grafitne strukture duž visine ose vlakana, što rezultira vrlo visokim aksijalnim vlačnim modulom. Lamelarna struktura grafita ima značajnu anizotropiju, zbog čega i njegova fizička svojstva pokazuju anizotropiju.

Svojstva i primjena karbonskih vlakana

Ugljična vlakna se mogu podijeliti na filamente, rezana vlakna i rezana vlakna. Mehanička svojstva se dijele na opći tip i tip visokih performansi. Opšta čvrstoća karbonskih vlakana je 1000 MPa, modul je oko 10OGPa. Ugljična vlakna visokih performansi dijele se na tip visoke čvrstoće (čvrstoća 2000MPa, modul 250GPa) i model visokih performansi (modul iznad 300GPa). Snaga veća od 4000MPa se također naziva tipom ultra visoke čvrstoće; Oni sa modulom većim od 450 GPa nazivaju se ultra-visoki modeli. Razvojem vazduhoplovne i vazduhoplovne industrije pojavila su se karbonska vlakna velike čvrstoće i izduženja, čije je istezanje veće od 2%. Velika količina je polipropilensko oko na bazi karbonskih vlakana. Ugljična vlakna imaju visoku aksijalnu čvrstoću i modul, bez puzanja, dobru otpornost na zamor, specifičnu toplinu i električnu provodljivost između nemetala i metala, mali koeficijent toplinske ekspanzije, dobru otpornost na koroziju, nisku gustoću vlakana i dobar prijenos rendgenskih zraka. Međutim, njegova otpornost na udarce je slaba i lako se ošteti, oksidacija se javlja pod dejstvom jake kiseline, a karburizacija metala, karburizacija i elektrohemijska korozija nastaju kada se kombinuju sa metalom. Kao rezultat toga, karbonska vlakna moraju biti površinski tretirana prije upotrebe.