Dato :2022-05-28  Kilde: Fiber Composites

Gitterstrukturen til den ideelle grafittkrystallen tilhører det heksagonale krystallsystemet, som er en flerlags overlappende struktur sammensatt av karbonatomer i en seksleddet ringnettverksstruktur. I den seksleddede ringen er karbonatomene i form av sp 2 hybrid

Grunnleggende struktur

Gitterstrukturen til den ideelle grafittkrystallen tilhører det heksagonale krystallsystemet, som er sammensatt av karbonatomer sammensatt av en seksleddet ringnettverksstruktur. I den seksleddede ringen er karbonatomene sp 2 hybridisering eksisterer. I sp2-hybridisering er det 1 2s elektron og 2 2p elektronhybridisering, som danner tre ekvivalente o sterke bindinger, bindingsavstanden er 0,1421 nm, gjennomsnittlig bindingsenergi er 627 kJ/mol og bindingsvinklene er 120 hverandre.

De gjenværende rene 2p-orbitalene i samme plan er vinkelrett på planet der de tre o-bindingene er lokalisert, og N-bindingene til karbonatomene som utgjør N-bindingen er parallelle med hverandre og overlapper hverandre for å danne en stor N -knytte bånd; De ikke-lokaliserte elektronene på n-elektronet kan bevege seg fritt parallelt med planet, noe som gir det ledende egenskaper. De kan absorbere synlig lys, noe som gjør grafitt svart. Van der Waals-kraften mellom grafittlagene er langt mindre enn valensbindingskraften inne i lagene. Avstanden mellom lagene er 0,3354nm, og bindingsenergien er 5,4kJ/mol. Grafittlagene er forskjøvet med halvparten av den sekskantede symmetrien og gjentas i hvert annet lag, og danner ABAB.

Struktur [4], og gi den selvsmøring og indre evne mellom lag, som vist i figur 2-5. Karbonfiber er et mikrokrystallinsk steinblekkmateriale oppnådd fra organisk fiber ved karbonisering og grafitisering.

Mikrostrukturen til karbonfiber ligner den til kunstig grafitt, som tilhører strukturen til polykrystallinsk kaotisk grafitt. Forskjellen fra grafittstrukturen ligger i den uregelmessige translasjonen og rotasjonen mellom atomlagene (se figur 2-6). Den kovalente bindingen med seks elementer i nettverket er bundet i atomlaget av - som i utgangspunktet er parallelt med fiberaksen. Derfor er det generelt antatt at karbonfiber er sammensatt av en uordnet grafittstruktur langs høyden av fiberaksen, noe som resulterer i en meget høy aksial strekkmodul. Den lamellære strukturen til grafitt har betydelig anisotropi, noe som gjør at dens fysiske egenskaper også viser anisotropi.

Egenskaper og bruksområder for karbonfiber

Karbonfiber kan deles inn i filament, stapelfiber og stapelfiber. De mekaniske egenskapene er delt inn i generell type og høyytelsestype. Den generelle karbonfiberstyrken er 1000 MPa, modulen er omtrent 10OGPa. Høyytelses karbonfiber er delt inn i høystyrketype (styrke 2000MPa, modul 250GPa) og høymodell (modul over 300GPa). Styrke større enn 4000MPa kalles også ultra-høystyrketype; De med en modul større enn 450GPa kalles ultrahøye modeller. Med utviklingen av romfarts- og luftfartsindustrien har karbonfiber med høy styrke og høy forlengelse dukket opp, og forlengelsen er større enn 2%. Den store mengden er polypropylen eye PAN-basert karbonfiber. Karbonfiber har høy aksial styrke og modul, ingen kryp, god tretthetsmotstand, spesifikk varme og elektrisk ledningsevne mellom ikke-metall og metall, en liten termisk ekspansjonskoeffisient, god korrosjonsmotstand, lav fibertetthet og god røntgentransmisjon. Imidlertid er slagfastheten dårlig og lett å skade, oksidasjon skjer under påvirkning av sterk syre, og metallkarbonisering, karburisering og elektrokjemisk korrosjon oppstår når det kombineres med metall. Som et resultat må karbonfiber overflatebehandles før bruk.