Datum: 2022-05-28  Izvor: Fiber Composites

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

Osnovna struktura

Rešetkasta struktura idealnog kristala grafita pripada heksagonalnom kristalnom sustavu, koji se sastoji od ugljikovih atoma sastavljenih od šesteročlane prstenaste mrežne strukture. U šesteročlanom prstenu, ugljikovi atomi su sp 2 hibridizacija postoji. U sp2 hibridizaciji, postoji hibridizacija 1 2s elektrona i 2 2p elektrona, tvoreći tri ekvivalentne jake veze, udaljenost veze je 0,1421 nm, prosječna energija veze je 627 kJ/mol, a kutovi veze su 120 jedan za drugi.

Preostale čiste 2p orbitale u istoj ravnini okomite su na ravninu u kojoj se nalaze tri o veze, a N-veze atoma ugljika koji čine N-vezu paralelne su jedna s drugom i preklapaju se tvoreći veliki N -veza; Nelokalizirani elektroni na n elektronu mogu se slobodno kretati paralelno s ravninom, dajući mu vodljiva svojstva. Oni mogu apsorbirati vidljivu svjetlost, čineći grafit crnim. Van der Waalsova sila između slojeva grafita daleko je manja od sile valentne veze unutar slojeva. Razmak između slojeva je 0,3354nm, a energija veze je 5,4kJ/mol. Slojevi grafita su raspoređeni za polovicu heksagonalne simetrije i ponavljaju se u svakom drugom sloju, tvoreći ABAB..

Struktura [4], te joj daje mogućnost samopodmazivanja i unutarnje sposobnosti međusloja, kao što je prikazano na slici 2-5. Ugljična vlakna su mikrokristalni materijal od kamene tinte dobiven od organskih vlakana karbonizacijom i grafitizacijom.

Mikrostruktura karbonskih vlakana slična je umjetnom grafitu koji pripada strukturi polikristalnog kaotičnog grafita. Razlika od strukture grafita leži u nepravilnoj translaciji i rotaciji između atomskih slojeva (vidi sliku 2-6). Kovalentna veza mreže od šest elemenata vezana je u atomskom sloju - koji je u osnovi paralelan s osi vlakna. Stoga se općenito vjeruje da se ugljična vlakna sastoje od neuređene strukture grafita duž visine osi vlakana, što rezultira vrlo visokim aksijalnim vlačnim modulom. Lamelarna struktura grafita ima značajnu anizotropiju, zbog čega njegova fizička svojstva također pokazuju anizotropiju.

Svojstva i primjena karbonskih vlakana

Ugljična vlakna mogu se podijeliti na filamente, sortirana vlakna i sortirana vlakna. Mehanička svojstva dijele se na općeniti tip i tip visokih performansi. Opća čvrstoća karbonskih vlakana je 1000 MPa, modul je oko 10OGPa. Karbonska vlakna visokih performansi dijele se na tip visoke čvrstoće (čvrstoća 2000MPa, modul 250GPa) i model visoke čvrstoće (modul iznad 300GPa). Čvrstoća veća od 4000 MPa također se naziva tip ultra-visoke čvrstoće; Oni s modulom većim od 450GPa nazivaju se ultravisoki modeli. S razvojem zrakoplovne i zrakoplovne industrije, pojavila su se karbonska vlakna visoke čvrstoće i rastezanja, a njihovo istezanje je veće od 2%. Velika količina je polipropilensko oko PAN na bazi karbonskih vlakana. Ugljična vlakna imaju visoku aksijalnu čvrstoću i modul, nemaju puzanje, dobru otpornost na zamor, specifičnu toplinu i električnu vodljivost između nemetala i metala, mali koeficijent toplinskog širenja, dobru otpornost na koroziju, nisku gustoću vlakana i dobar prijenos X-zraka. Međutim, njegova otpornost na udar je slaba i lako se ošteti, oksidacija se događa pod djelovanjem jake kiseline, a karbonizacija metala, pougljičenje i elektrokemijska korozija javljaju se kada se spoje s metalom. Kao rezultat toga, karbonska vlakna moraju biti površinski tretirana prije uporabe.