تاریخ :2022-05-28  منبع: فیبر کامپوزیت

ساختار شبکه ای کریستال گرافیت ایده آل متعلق به سیستم کریستالی شش ضلعی است که یک ساختار همپوشانی چند لایه است که از اتم های کربن در ساختار شبکه حلقه شش عضوی تشکیل شده است. در حلقه شش عضوی، اتم های کربن به شکل هیبرید sp 2 هستند

ساختار اساسی

ساختار شبکه ای کریستال گرافیت ایده آل متعلق به سیستم کریستالی شش ضلعی است که از اتم های کربن متشکل از ساختار شبکه حلقه شش عضوی تشکیل شده است. در حلقه شش عضوی، اتم های کربن sp 2 هیبریداسیون وجود دارد. در هیبریداسیون sp2، هیبریداسیون الکترون 1 2s و 2 الکترون 2p وجود دارد که سه پیوند قوی o معادل را تشکیل می دهند، فاصله پیوند 0.1421 نانومتر، میانگین انرژی پیوند 627 کیلوژول بر مول و زوایای پیوند 120 یکدیگر هستند.

اوربیتال‌های خالص 2p باقیمانده در همان صفحه، عمود بر صفحه‌ای هستند که سه پیوند o در آن قرار دارند و پیوندهای N اتم‌های کربن تشکیل‌دهنده پیوند N با یکدیگر موازی هستند و با هم همپوشانی دارند تا N بزرگی را تشکیل دهند. -رابطه، رشته؛ الکترون های غیر موضعی روی الکترون n می توانند آزادانه به موازات صفحه حرکت کنند و به آن خاصیت رسانایی می دهند. آنها می توانند نور مرئی را جذب کنند و گرافیت را سیاه کنند. نیروی واندروالس بین لایه‌های گرافیت به مراتب کمتر از نیروی پیوند ظرفیت درون لایه‌ها است. فاصله بین لایه ها 0.3354 نانومتر و انرژی پیوند 5.4 کیلوژول بر مول است. لایه های گرافیتی با نیمی از تقارن شش ضلعی تکان خورده و در هر لایه دیگر تکرار می شوند و ABAB را تشکیل می دهند.

ساختار [4]، و اعطای آن به خود روانکاری و توانایی داخلی بین لایه ای، همانطور که در شکل 2-5 نشان داده شده است. فیبر کربن یک ماده جوهر سنگی میکرو کریستالی است که از فیبر آلی توسط کربن و گرافیت به دست می آید.

ریزساختار فیبر کربن مشابه گرافیت مصنوعی است که متعلق به ساختار گرافیت آشفته پلی کریستالی است. تفاوت ساختار گرافیت در انتقال و چرخش نامنظم بین لایه‌های اتمی است (شکل 2-6 را ببینید). پیوند کووالانسی شبکه شش عنصری در لایه اتمی - که اساساً موازی با محور فیبر است - متصل است. بنابراین، عموماً اعتقاد بر این است که فیبر کربن از یک ساختار گرافیت نامنظم در امتداد ارتفاع محور فیبر تشکیل شده است که در نتیجه مدول کشش محوری بسیار بالایی دارد. ساختار لایه ای گرافیت دارای ناهمسانگردی قابل توجهی است که باعث می شود خواص فیزیکی آن نیز ناهمسانگردی را نشان دهد.

خواص و کاربردهای فیبر کربن

فیبر کربن را می توان به رشته، فیبر اصلی و فیبر اصلی تقسیم کرد. خواص مکانیکی به دو نوع کلی و با کارایی بالا تقسیم می شود. قدرت فیبر کربن عمومی 1000 مگاپاسکال است، مدول آن حدود 10OGPa است. فیبر کربن با کارایی بالا به دو نوع استحکام بالا (مقاومت 2000 مگاپاسکال، مدول 250 گیگا پاسکال) و مدل بالا (مدول بالای 300 گیگا پاسکال) تقسیم می شود. استحکام بیشتر از 4000 مگاپاسکال نیز نوع فوق العاده استحکام نامیده می شود. مدل های با مدول بیشتر از 450 گیگا پاسکال، مدل های فوق العاده بالا نامیده می شوند. با توسعه صنعت هوافضا و هوانوردی، فیبر کربن با استحکام بالا و کشیدگی بالا ظاهر شد و ازدیاد طول آن بیش از 2٪ است. مقدار زیادی فیبر کربن مبتنی بر چشم پلی پروپیلن PAN است. فیبر کربن دارای استحکام محوری و مدول بالا، بدون خزش، مقاومت در برابر خستگی خوب، گرمای ویژه و هدایت الکتریکی بین غیرفلز و فلز، ضریب انبساط حرارتی کمی، مقاومت در برابر خوردگی خوب، چگالی فیبر کم و انتقال اشعه ایکس خوب است. با این حال، مقاومت در برابر ضربه آن ضعیف است و به راحتی آسیب می بیند، اکسیداسیون تحت اثر اسید قوی رخ می دهد و کربن شدن فلز، کربوریزاسیون و خوردگی الکتروشیمیایی زمانی که با فلز ترکیب می شود رخ می دهد. در نتیجه، فیبر کربن باید قبل از استفاده سطحی شود.