Datum :28-05-2022 Bron: Fiber Composites

De roosterstructuur van het ideale grafietkristal behoort tot het hexagonale kristalsysteem, een meerlagige overlappende structuur bestaande uit koolstofatomen in een zesledige ringnetwerkstructuur. In de zesring zijn de koolstofatomen in de vorm van sp 2 hybride

Basis structuur

De roosterstructuur van het ideale grafietkristal behoort tot het hexagonale kristalsysteem, dat is samengesteld uit koolstofatomen die zijn samengesteld uit een zesledige ringnetwerkstructuur. In de zesring zijn de koolstofatomen sp 2 hybridisatie bestaat. Bij sp2-hybridisatie zijn er 1 2s-elektronen- en 2 2p-elektronenhybridisatie, die drie equivalente sterke bindingen vormen, de bindingsafstand is 0,1421 nm, de gemiddelde bindingsenergie is 627 kJ/mol en de bindingshoeken zijn 120 ten opzichte van elkaar.

De resterende zuivere 2p-orbitalen in hetzelfde vlak staan ​​loodrecht op het vlak waar de drie o-bindingen zich bevinden, en de N-bindingen van de koolstofatomen waaruit de N-binding bestaat, zijn evenwijdig aan elkaar en overlappen elkaar om een ​​grote N te vormen -binding; De niet-gelokaliseerde elektronen op het n-elektron kunnen vrij parallel aan het vlak bewegen, waardoor het geleidende eigenschappen krijgt. Ze kunnen zichtbaar licht absorberen, waardoor grafiet zwart wordt. De van der Waals-kracht tussen de grafietlagen is veel minder dan de valentiebindingskracht binnen de lagen. De afstand tussen de lagen is 0,3354 nm en de bindingsenergie is 5,4 kJ/mol. De grafietlagen zijn verspringend over de helft van de hexagonale symmetrie en worden in elke andere laag herhaald, waardoor ABAB ontstaat.

Structuur [4], en het voorzien van zelfsmerende en interne capaciteit tussen de lagen, zoals weergegeven in figuur 2-5. Koolstofvezel is een microkristallijn steeninktmateriaal dat wordt verkregen uit organische vezels door carbonisatie en grafitisatie.

De microstructuur van koolstofvezel is vergelijkbaar met die van kunstmatig grafiet, dat behoort tot de structuur van polykristallijn chaotisch grafiet. Het verschil met de grafietstructuur ligt in de onregelmatige translatie en rotatie tussen de atoomlagen (zie figuur 2-6). De covalente binding van het netwerk met zes elementen is gebonden in de atoomlaag van - die in wezen evenwijdig is aan de vezelas. Daarom wordt algemeen aangenomen dat koolstofvezel is samengesteld uit een ongeordende grafietstructuur langs de hoogte van de vezelas, wat resulteert in een zeer hoge axiale trekmodulus. De lamellaire structuur van grafiet heeft een aanzienlijke anisotropie, waardoor de fysische eigenschappen ook anisotropie vertonen.

Eigenschappen en toepassingen van koolstofvezel

Koolstofvezel kan worden onderverdeeld in filament, stapelvezel en stapelvezel. De mechanische eigenschappen zijn onderverdeeld in het algemene type en het krachtige type. De algemene koolstofvezelsterkte is 1000 MPa, de modulus is ongeveer 10OGPa. Hoogwaardige koolstofvezel is onderverdeeld in een type met hoge sterkte (sterkte 2000 MPa, modulus 250 GPa) en een hoog model (modulus boven 300 GPa). Een sterkte van meer dan 4000 MPa wordt ook wel het type met ultrahoge sterkte genoemd; Degenen met een modulus groter dan 450 GPa worden ultrahoge modellen genoemd. Met de ontwikkeling van de ruimtevaart- en luchtvaartindustrie is koolstofvezel met hoge sterkte en hoge rek verschenen, en de rek is groter dan 2%. De grote hoeveelheid is polypropyleen oog PAN-gebaseerde koolstofvezel. Koolstofvezel heeft een hoge axiale sterkte en modulus, geen kruip, goede weerstand tegen vermoeidheid, specifieke warmte en elektrische geleidbaarheid tussen niet-metaal en metaal, een kleine thermische uitzettingscoëfficiënt, goede corrosieweerstand, lage vezeldichtheid en goede röntgentransmissie. De slagvastheid is echter slecht en gemakkelijk te beschadigen, oxidatie treedt op onder invloed van sterk zuur en metaalcarbonisatie, carbonisatie en elektrochemische corrosie treden op wanneer het wordt gecombineerd met metaal. Als gevolg hiervan moet koolstofvezel vóór gebruik worden behandeld.