Dato: 2022-05-28  Kilde: Fiber Composites

Gitterstrukturen af ​​den ideelle grafitkrystal tilhører det hexagonale krystalsystem, som er en flerlags overlappende struktur sammensat af carbonatomer i en seksleddet ringnetværksstruktur. I den seksleddede ring er carbonatomerne i form af sp 2 hybrid

Grundlæggende struktur

Gitterstrukturen af ​​den ideelle grafitkrystal tilhører det hexagonale krystalsystem, som er sammensat af carbonatomer sammensat af en seksleddet ringnetværksstruktur. I den seksleddede ring er carbonatomerne sp 2 hybridisering eksisterer. I sp2 hybridisering er der 1 2s elektron og 2 2p elektron hybridisering, der danner tre ækvivalente o stærke bindinger, bindingsafstanden er 0,1421 nm, den gennemsnitlige bindingsenergi er 627kJ/mol og bindingsvinklerne er 120 hinanden.

De resterende rene 2p orbitaler i samme plan er vinkelret på det plan, hvor de tre o-bindinger er placeret, og N-bindingerne af carbonatomerne, der udgør N-bindingen, er parallelle med hinanden og overlapper hinanden for at danne et stort N -bånd; De ikke-lokaliserede elektroner på n-elektronen kan bevæge sig frit parallelt med planet, hvilket giver den ledende egenskaber. De kan absorbere synligt lys, hvilket gør grafit sort. Van der Waals-kraften mellem grafitlagene er langt mindre end valensbindingskraften i lagene. Afstanden mellem lagene er 0,3354 nm, og bindingsenergien er 5,4 kJ/mol. Grafitlagene er forskudt med halvdelen af ​​den hexagonale symmetri og gentages i hvert andet lag og danner ABAB.

Struktur [4], og udstyrer den med selvsmøring og indre mellemlagsevne, som vist i figur 2-5. Kulfiber er et mikrokrystallinsk stenblækmateriale opnået fra organisk fiber ved forkulning og grafitisering.

Mikrostrukturen af ​​kulfiber ligner den for kunstig grafit, som hører til strukturen af ​​polykrystallinsk kaotisk grafit. Forskellen fra grafitstrukturen ligger i den uregelmæssige translation og rotation mellem atomlagene (se figur 2-6). Den kovalente binding af seks-elementnetværket er bundet i atomlaget af - som grundlæggende er parallelt med fiberaksen. Derfor antages det generelt, at kulfiber er sammensat af en uordnet grafitstruktur langs fiberaksens højde, hvilket resulterer i et meget højt aksialt trækmodul. Den lamellære struktur af grafit har betydelig anisotropi, hvilket gør, at dens fysiske egenskaber også viser anisotropi.

Egenskaber og anvendelser af kulfiber

Kulfiber kan opdeles i filament, stabelfiber og stabelfiber. De mekaniske egenskaber er opdelt i den generelle type og højtydende type. Den generelle kulfiberstyrke er 1000 MPa, modulet er omkring 10OGPa. Højtydende kulfiber er opdelt i højstyrketype (styrke 2000MPa, modul 250GPa) og høj model (modul over 300GPa). Styrke større end 4000 MPa kaldes også ultra-højstyrke type; Dem med et modul større end 450GPa kaldes ultrahøje modeller. Med udviklingen af ​​rumfarts- og luftfartsindustrien er kulfiber med høj styrke og høj forlængelse dukket op, og dens forlængelse er større end 2%. Den store mængde er polypropylen eye PAN-baseret kulfiber. Kulfiber har høj aksial styrke og modul, ingen krybning, god træthedsmodstand, specifik varme og elektrisk ledningsevne mellem ikke-metal og metal, en lille termisk udvidelseskoefficient, god korrosionsbestandighed, lav fibertæthed og god røntgentransmission. Dens slagfasthed er imidlertid dårlig og let at beskadige, oxidation sker under påvirkning af stærk syre, og metalforkulning, karburisering og elektrokemisk korrosion forekommer, når det kombineres med metal. Som følge heraf skal kulfiber overfladebehandles før brug.