תאריך :2022-05-28  מקור: Fiber Composites

מבנה הסריג של גביש הגרפיט האידיאלי שייך למערכת הגבישים המשושה, שהיא מבנה חופף רב-שכבתי המורכב מאטומי פחמן במבנה רשת טבעתי בעל שישה איברים. בטבעת בעלת שישה איברים, אטומי הפחמן הם בצורת sp 2 היברידית

מבנה בסיסי

מבנה הסריג של גביש הגרפיט האידיאלי שייך למערכת הגבישים המשושה, המורכבת מאטומי פחמן המורכבים ממבנה רשת טבעת בעלת שישה איברים. בטבעת בעלת שישה איברים, אטומי הפחמן הם sp 2 קיימת הכלאה. בהכלאה sp2, יש הכלאה של 1 2s אלקטרון ו-2 2p אלקטרונים, היוצרים שלושה קשרים שווים או חזקים, מרחק הקשר הוא 0.1421nm, אנרגיית הקשר הממוצעת היא 627kJ/mol וזוויות הקשר הן 120 זויות.

שאר האורביטלים הטהורים של 2p באותו מישור מאונכים למישור שבו נמצאים שלושת קשרי ה-o, וקשרי ה-N של אטומי הפחמן המרכיבים את קשר ה-N מקבילים זה לזה וחופפים ליצירת N גדול. -אגרת חוב; האלקטרונים הלא ממוקמים על האלקטרון n יכולים לנוע בחופשיות במקביל למישור, מה שמעניק לו תכונות מוליכות. הם יכולים לספוג אור נראה, מה שהופך את הגרפיט לשחור. כוח ואן דר ואלס בין שכבות הגרפיט קטן בהרבה מכוח קשר הערכיות בתוך השכבות. המרווח בין השכבות הוא 0.3354nm, ואנרגיית הקשר היא 5.4kJ/mol. שכבות הגרפיט מפוזרות במחצית מהסימטריה המשושה וחוזרות על עצמן בכל שכבה אחרת, ויוצרות ABAB..

מבנה [4], ומעניק לו שימון עצמי ויכולת פנימית בין-שכבתית, כפי שמוצג באיור 2-5. סיבי פחמן הם חומר דיו-אבן מיקרו-גבישי המתקבל מסיבים אורגניים על ידי פחמול וגרפיטיזציה.

מבנה המיקרו של סיבי פחמן דומה לזה של גרפיט מלאכותי, השייך למבנה של גרפיט כאוטי רב גבישי. ההבדל ממבנה הגרפיט טמון בתרגום ובסיבוב הלא סדיר בין השכבות האטומיות (ראה איור 2-6). הקשר הקוולנטי של רשת ששת היסודות קשור בשכבה האטומית של - שהיא בעצם מקבילה לציר הסיבים. לכן, מקובל להאמין שסיבי פחמן מורכבים ממבנה גרפיט לא מסודר לאורך גובה ציר הסיבים, וכתוצאה מכך מודול מתיחה צירי גבוה מאוד. למבנה הלמלרי של גרפיט יש אנזוטרופיה משמעותית, מה שגורם לתכונות הפיזיקליות שלו להראות גם אניזוטרופיות.

מאפיינים ויישומים של סיבי פחמן

ניתן לחלק את סיבי הפחמן לפילמנט, סיבים עיקריים וסיבים סיבים. המאפיינים המכניים מחולקים לסוג הכללי ולסוג בעל ביצועים גבוהים. חוזק סיבי הפחמן הכללי הוא 1000 MPa, המודולוס הוא בערך 10OGPa. סיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים מחולקים לסוג חוזק גבוה (חוזק 2000MPa, מודולוס 250GPa) ודגם גבוה (מודולוס מעל 300GPa). חוזק גדול מ-4000MPa נקרא גם סוג חוזק אולטרה-גבוה; אלה עם מודולוס גדול מ-450GPa נקראים דגמים גבוהים במיוחד. עם התפתחות תעשיית התעופה והחלל, הופיעו סיבי פחמן חוזק גבוה והתארכות גבוהה, והתארכותם גדולה מ-2%. הכמות הגדולה היא סיבי פחמן מבוססי עין פוליפרופילן PAN. לסיבי פחמן חוזק ומודולוס צירי גבוה, ללא זחילה, עמידות טובה לעייפות, חום ספציפי ומוליכות חשמלית בין לא מתכת למתכת, מקדם התפשטות תרמית קטן, עמידות בפני קורוזיה טובה, צפיפות סיבים נמוכה והעברת קרני רנטגן טובה. עם זאת, עמידות הפגיעה שלו ירודה וקלה לפגיעה, חמצון מתרחש תחת פעולת חומצה חזקה, ופחמיזציה של מתכת, קרבוריזציה וקורוזיה אלקטרוכימית מתרחשים כאשר היא משולבת עם מתכת. כתוצאה מכך, יש לטפל בסיבי פחמן לפני השימוש.