Dátum: 28.05.2022  Zdroj: Fiber Composites

Mriežková štruktúra ideálneho grafitového kryštálu patrí do hexagonálneho kryštálového systému, čo je viacvrstvová prekrývajúca sa štruktúra zložená z atómov uhlíka v štruktúre šesťčlennej kruhovej siete. V šesťčlennom kruhu sú atómy uhlíka vo forme sp2 hybridu

Základná štruktúra

Mriežková štruktúra ideálneho grafitového kryštálu patrí do hexagonálneho kryštálového systému, ktorý je zložený z atómov uhlíka zložených zo šesťčlennej kruhovej sieťovej štruktúry. V šesťčlennom kruhu sú atómy uhlíka sp2 hybridizácia. Pri hybridizácii sp2 dochádza k hybridizácii elektrónov 1 2s a 2 2p elektrónov, ktoré tvoria tri ekvivalentné silné väzby, vzdialenosť väzby je 0,1421 nm, priemerná energia väzby je 627 kJ/mol a uhly väzby sú navzájom 120.

Zostávajúce čisté orbitály 2p v tej istej rovine sú kolmé na rovinu, kde sa nachádzajú tri väzby o, a väzby N atómov uhlíka, ktoré tvoria väzbu N, sú navzájom rovnobežné a prekrývajú sa, čím vytvárajú veľké N -väzba; Nelokalizované elektróny na n elektróne sa môžu voľne pohybovať rovnobežne s rovinou, čo mu dáva vodivé vlastnosti. Môžu absorbovať viditeľné svetlo, čím sa grafit stáva čiernym. Van der Waalsova sila medzi grafitovými vrstvami je oveľa menšia ako sila valenčnej väzby vo vrstvách. Vzdialenosť medzi vrstvami je 0,3354 nm a väzbová energia je 5,4 kJ/mol. Vrstvy grafitu sú posunuté o polovicu šesťuholníkovej symetrie a opakujú sa v každej ďalšej vrstve, čím vytvárajú ABAB.

Štruktúra [4] a vybavila ju samomazacím a medzivrstvovou vnútornou schopnosťou, ako je znázornené na obrázku 2-5. Uhlíkové vlákno je mikrokryštalický materiál s kamenným atramentom získaný z organického vlákna karbonizáciou a grafitizáciou.

Mikroštruktúra uhlíkového vlákna je podobná ako u umelého grafitu, ktorý patrí do štruktúry polykryštalického chaotického grafitu. Rozdiel oproti grafitovej štruktúre spočíva v nepravidelnom posune a rotácii medzi atómovými vrstvami (pozri obrázok 2-6). Šesťprvková sieťová kovalentná väzba je viazaná v atómovej vrstve - ktorá je v podstate rovnobežná s osou vlákna. Preto sa všeobecne verí, že uhlíkové vlákno pozostáva z neusporiadanej grafitovej štruktúry pozdĺž výšky osi vlákna, čo vedie k veľmi vysokému axiálnemu modulu v ťahu. Lamelová štruktúra grafitu má výraznú anizotropiu, vďaka čomu aj jeho fyzikálne vlastnosti vykazujú anizotropiu.

Vlastnosti a aplikácie uhlíkových vlákien

Uhlíkové vlákno možno rozdeliť na vlákno, striž a striž. Mechanické vlastnosti sú rozdelené na všeobecný typ a vysokovýkonný typ. Všeobecná pevnosť uhlíkových vlákien je 1000 MPa, modul je asi 10OGPa. Vysokovýkonné uhlíkové vlákna sa delia na vysokopevnostný typ (pevnosť 2000MPa, modul 250GPa) a vysoký model (modul nad 300GPa). Pevnosť väčšia ako 4000 MPa sa tiež nazýva typ s ultra vysokou pevnosťou; Modely s modulom väčším ako 450 GPa sa nazývajú ultravysoké modely. S rozvojom leteckého a kozmického priemyslu sa objavili uhlíkové vlákna s vysokou pevnosťou a vysokou prieťažnosťou a ich predĺženie je väčšie ako 2%. Veľké množstvo je polypropylénové očko na báze uhlíkových vlákien PAN. Uhlíkové vlákno má vysokú axiálnu pevnosť a modul, žiadne tečenie, dobrú odolnosť proti únave, špecifickú tepelnú a elektrickú vodivosť medzi nekovom a kovom, malý koeficient tepelnej rozťažnosti, dobrú odolnosť proti korózii, nízku hustotu vlákna a dobrý röntgenový prenos. Jeho odolnosť proti nárazu je však slabá a ľahko sa poškodí, pôsobením silnej kyseliny dochádza k oxidácii a pri spojení s kovom dochádza ku karbonizácii, karburizácii a elektrochemickej korózii. V dôsledku toho musí byť uhlíkové vlákno pred použitím povrchovo upravené.