Tarih :2022-05-28  Kaynak: Elyaf Kompozitleri

İdeal grafit kristalinin kafes yapısı, altı üyeli bir halka ağ yapısında karbon atomlarından oluşan çok katmanlı bir örtüşen yapı olan altıgen kristal sistemine aittir. Altı üyeli halkada, karbon atomları sp 2 hibrit formundadır.

Basit yapı

İdeal grafit kristalinin kafes yapısı, altı üyeli halka ağ yapısından oluşan karbon atomlarından oluşan altıgen kristal sistemine aittir. Altı üyeli halkada, karbon atomlarında sp2 hibridizasyonu mevcuttur. Sp2 hibridizasyonunda 1 2s elektron ve 2 2p elektron hibridizasyonu vardır, üç eşdeğer o güçlü bağ oluşturur, bağ mesafesi 0.1421nm, ortalama bağ enerjisi 627kJ/mol ve bağ açıları 120'dir.

Aynı düzlemde kalan saf 2p orbitalleri, üç o bağının bulunduğu düzleme diktir ve N-bağını oluşturan karbon atomlarının N-bağları birbirine paraleldir ve büyük bir N oluşturmak üzere üst üste biner. -bağlamak; n elektron üzerindeki lokalize olmayan elektronlar, iletken özellikler vererek düzleme serbestçe paralel hareket edebilir. Görünür ışığı emerek grafiti siyah yapabilirler. Grafit tabakaları arasındaki van der Waals kuvveti, tabakalar içindeki valans bağ kuvvetinden çok daha azdır. Katmanlar arasındaki boşluk 0,3354 nm ve bağ enerjisi 5,4 kJ/mol'dür. Grafit katmanları, altıgen simetrinin yarısı kadar kademelendirilmiştir ve diğer her katmanda tekrarlanarak ABAB..

Yapı [4] ve Şekil 2-5'te gösterildiği gibi kendi kendini yağlama ve ara katman iç yeteneği ile donatmak. Karbon fiber, organik fiberden karbonizasyon ve grafitleştirme ile elde edilen mikrokristal taş mürekkepli bir malzemedir.

Karbon fiberin mikro yapısı, çok kristalli kaotik grafitin yapısına ait olan yapay grafitinkine benzer. Grafit yapısından farkı, atomik katmanlar arasındaki düzensiz öteleme ve dönüşte yatmaktadır (bkz. Şekil 2-6). Altı elementli ağ kovalent bağı, temel olarak fiber eksenine paralel olan atomik katmana bağlıdır. Bu nedenle, genel olarak karbon fiberin, fiber ekseninin yüksekliği boyunca düzensiz bir grafit yapısından oluştuğuna inanılır, bu da çok yüksek bir eksenel gerilme modülü ile sonuçlanır. Grafitin katmanlı yapısı, fiziksel özelliklerinin de anizotropi göstermesini sağlayan önemli bir anizotropiye sahiptir.

Karbon fiberin özellikleri ve uygulamaları

Karbon fiber, filament, kesikli elyaf ve kesikli elyaf olarak ayrılabilir. Mekanik özellikler genel tip ve yüksek performanslı tip olarak ayrılmıştır. Genel karbon fiber mukavemeti 1000 MPa'dır, modül yaklaşık 10OGPa'dır. Yüksek performanslı karbon fiber, yüksek mukavemetli tipe (güç 2000MPa, modül 250GPa) ve yüksek modele (300GPa'nın üzerinde modül) ayrılmıştır. 4000MPa'dan daha yüksek mukavemet, ultra yüksek mukavemet tipi olarak da adlandırılır; Modülü 450GPa'dan büyük olanlara ultra yüksek modeller denir. Havacılık ve uzay endüstrisinin gelişmesiyle birlikte, yüksek mukavemetli ve yüksek uzamalı karbon fiber ortaya çıktı ve uzaması% 2'den fazla. Büyük miktar polipropilen göz PAN bazlı karbon fiberdir. Karbon fiberin yüksek eksenel mukavemeti ve modülü, sürünme yok, iyi yorulma direnci, metal olmayan ve metal arasında özgül ısı ve elektrik iletkenliği, küçük bir termal genleşme katsayısı, iyi korozyon direnci, düşük fiber yoğunluğu ve iyi X-ışını iletimi vardır. Bununla birlikte, darbe direnci zayıftır ve kolayca zarar görebilir, güçlü asidin etkisi altında oksidasyon meydana gelir ve metal ile birleştiğinde metal karbonizasyonu, karbürizasyon ve elektrokimyasal korozyon meydana gelir. Sonuç olarak, karbon fiber kullanılmadan önce yüzey işlemine tabi tutulmalıdır.