दिनांक :2022-05-28 स्रोत: फाइबर सम्मिश्र

आदर्श ग्रेफाइट क्रिस्टल की जाली संरचना हेक्सागोनल क्रिस्टल प्रणाली से संबंधित है, जो छह-सदस्यीय रिंग नेटवर्क संरचना में कार्बन परमाणुओं से बनी एक बहु-परत अतिव्यापी संरचना है। छह सदस्यीय वलय में कार्बन परमाणु sp2 संकर के रूप में होते हैं

बुनियादी संरचना

आदर्श ग्रेफाइट क्रिस्टल की जाली संरचना हेक्सागोनल क्रिस्टल प्रणाली से संबंधित होती है, जो छह-सदस्यीय रिंग नेटवर्क संरचना से बने कार्बन परमाणुओं से बनी होती है। छह-सदस्यीय वलय में, कार्बन परमाणु होते हैं sp2 संकरण मौजूद है। Sp2 संकरण में, 1 2s इलेक्ट्रॉन और 2 2p इलेक्ट्रॉन संकरण होते हैं, जो तीन समतुल्य o मजबूत बंध बनाते हैं, बंधन दूरी 0.1421nm है, औसत बंधन ऊर्जा 627kJ/mol है और बंधन कोण एक दूसरे से 120 हैं।

एक ही तल में शेष शुद्ध 2p कक्षक उस तल के लम्बवत् होते हैं जहां तीन o बंध स्थित होते हैं, और N-बॉन्ड बनाने वाले कार्बन परमाणुओं के N-बॉन्ड एक दूसरे के समानांतर होते हैं और एक बड़ा N बनाने के लिए ओवरलैप करते हैं। -बंधन; एन इलेक्ट्रॉन पर गैर-स्थानीय इलेक्ट्रॉनों को प्रवाहकीय गुण प्रदान करते हुए, विमान के समानांतर स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित किया जा सकता है। वे दृश्यमान प्रकाश को अवशोषित कर सकते हैं, जिससे ग्रेफाइट काला हो जाता है। ग्रेफाइट परतों के बीच वैन डेर वाल्स बल परतों के भीतर संयोजी बंधन बल से बहुत कम है। परतों के बीच की दूरी 0.3354nm है, और बंधन ऊर्जा 5.4kJ/mol है। ग्रेफाइट की परतें हेक्सागोनल समरूपता के आधे हिस्से से कंपित होती हैं और एबीएबी बनाने वाली हर दूसरी परत में दोहराई जाती हैं।

संरचना [4], और इसे स्व-स्नेहन और इंटरलेयर आंतरिक क्षमता के साथ संपन्न करना, जैसा कि चित्र 2-5 में दिखाया गया है। कार्बन फाइबर एक माइक्रोक्रिस्टलाइन पत्थर-स्याही सामग्री है जो कार्बोनाइजेशन और ग्राफिटाइजेशन द्वारा कार्बनिक फाइबर से प्राप्त की जाती है।

कार्बन फाइबर की माइक्रोस्ट्रक्चर कृत्रिम ग्रेफाइट के समान है, जो पॉलीक्रिस्टलाइन अराजक ग्रेफाइट की संरचना से संबंधित है। ग्रेफाइट संरचना से अंतर परमाणु परतों के बीच अनियमित अनुवाद और रोटेशन में निहित है (चित्र 2-6 देखें)। छह-तत्व नेटवर्क सहसंयोजक बंधन की परमाणु परत में बंधे हैं - जो मूल रूप से फाइबर अक्ष के समानांतर है। इसलिए, आमतौर पर यह माना जाता है कि कार्बन फाइबर फाइबर अक्ष की ऊंचाई के साथ एक अव्यवस्थित ग्रेफाइट संरचना से बना होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक बहुत ही उच्च अक्षीय तन्यता मापांक होता है। ग्रेफाइट की लैमेलर संरचना में महत्वपूर्ण अनिसोट्रॉपी होती है, जिससे इसके भौतिक गुण भी अनिसोट्रॉपी दिखाते हैं।

कार्बन फाइबर के गुण और अनुप्रयोग

कार्बन फाइबर को फिलामेंट, स्टेपल फाइबर और स्टेपल फाइबर में विभाजित किया जा सकता है। यांत्रिक गुणों को सामान्य प्रकार और उच्च-प्रदर्शन प्रकार में विभाजित किया गया है। सामान्य कार्बन फाइबर की ताकत 1000 MPa है, मापांक लगभग 10OGPa है। उच्च-प्रदर्शन कार्बन फाइबर को उच्च शक्ति प्रकार (शक्ति 2000MPa, मापांक 250GPa) और उच्च मॉडल (300GPa से ऊपर मापांक) में विभाजित किया गया है। 4000MPa से अधिक की शक्ति को अति-उच्च शक्ति प्रकार भी कहा जाता है; 450GPa से अधिक मॉड्यूलस वाले को अल्ट्रा-हाई मॉडल कहा जाता है। एयरोस्पेस और विमानन उद्योग के विकास के साथ, उच्च शक्ति और उच्च बढ़ाव कार्बन फाइबर दिखाई दिया है, और इसकी बढ़ाव 2% से अधिक है। बड़ी मात्रा में पॉलीप्रोपाइलीन आई पैन-आधारित कार्बन फाइबर है। कार्बन फाइबर में उच्च अक्षीय शक्ति और मापांक, कोई रेंगना, अच्छा थकान प्रतिरोध, गैर-धातु और धातु के बीच विशिष्ट गर्मी और विद्युत चालकता, थर्मल विस्तार का एक छोटा गुणांक, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध, कम फाइबर घनत्व और अच्छा एक्स-रे संचरण होता है। हालांकि, इसका प्रभाव प्रतिरोध खराब है और क्षति के लिए आसान है, मजबूत एसिड की कार्रवाई के तहत ऑक्सीकरण होता है, और धातु के साथ संयुक्त होने पर धातु का कार्बोनाइजेशन, कार्बराइजेशन और इलेक्ट्रोकेमिकल जंग होता है। नतीजतन, कार्बन फाइबर का उपयोग करने से पहले सतह का इलाज किया जाना चाहिए।