การจำแนกประเภทและการประมวลผลของคาร์บอนไฟเบอร์

ปริมาณคาร์บอนและคุณสมบัติพื้นฐานคาร์บอนไฟเบอร์ (CF) เป็นวัสดุไฟเบอร์ชนิดใหม่ที่มีความแข็งแรงสูงและเส้นใยโมดูลัสสูงที่มีคาร์บอนมากกว่า 95% มันเป็นวัสดุ microcrystalline graphite ที่ได้จากการซ้อนเส้นใยอินทรีย์เช่น microcrystal กราไฟท์ flake ตามทิศทางตามแนวแกนของเส้นใยหลังจากคาร์บอนและกราฟ มวลของคาร์บอนไฟเบอร์นั้นเบากว่าอลูมิเนียมโลหะ แต่ความแข็งแรงสูงกว่าเหล็กกล้าและมีลักษณะของความต้านทานการกัดกร่อนโมดูลัสสูงความหนาแน่นต่ำไม่มีคืบคลานนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ -ออกซิไดซ์สภาพแวดล้อมและความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าที่ดี

ปริมาณคาร์บอนของคาร์บอนไฟเบอร์เป็นตัวบ่งชี้สำคัญที่แยกความแตกต่างจากวัสดุเส้นใยอื่น ๆ โดยทั่วไปปริมาณคาร์บอนของคาร์บอนไฟเบอร์สูงกว่า 90%ซึ่งทำให้คาร์บอนไฟเบอร์ในคุณสมบัติทางกายภาพที่มีความแข็งแรงสูงโมดูลัสสูงความหนาแน่นต่ำและลักษณะอื่น ๆ ความหนาแน่นของคาร์บอนไฟเบอร์อยู่ที่ประมาณ 1.5 ถึง 2.0 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตรซึ่งส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยอุณหภูมิของการรักษาด้วยคาร์บอน หลังจากการรักษากราฟการทำกราฟอุณหภูมิสูงความหนาแน่นสูงถึง 2.0 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร

โครงสร้าง Microcrystalline และองค์ประกอบวัสดุ

โครงสร้าง microcrystalline ของคาร์บอนไฟเบอร์เป็นกุญแจสำคัญในคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ คาร์บอนไฟเบอร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยคาร์บอนรูปร่างของมันมี anisotropy อย่างมีนัยสำคัญอ่อนนุ่มสามารถแปรรูปเป็นผ้าที่หลากหลายตามทิศทางของแกนเส้นใยแสดงความแข็งแรงสูง โครงสร้าง microcrystalline ของคาร์บอนไฟเบอร์นั้นคล้ายกับกราไฟท์เทียมซึ่งเป็นโครงสร้างกราไฟท์ที่วุ่นวาย ระยะห่างระหว่างชั้นของเส้นใยคาร์บอนอยู่ที่ประมาณ 3.39 ถึง 3.42 Å การจัดเรียงของอะตอมคาร์บอนระหว่างเลเยอร์ขนานนั้นไม่เรียบร้อยเท่ากับกราไฟท์และเลเยอร์เชื่อมต่อกันโดยกองกำลังแวนเดอร์ไวลส์

โครงสร้างของคาร์บอนไฟเบอร์มักจะถูกมองว่าประกอบด้วยผลึกและรูขุมขนที่สั่งสองมิติซึ่งเนื้อหาขนาดและการกระจายของรูขุมขนมีผลกระทบมากขึ้นต่อประสิทธิภาพของไฟเบอร์คาร์บอน เมื่อความพรุนต่ำกว่าค่าวิกฤตที่แน่นอนความพรุนไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความแข็งแรงของแรงเฉือนระหว่าง interlaminar ความแข็งแรงในการดัดและแรงดึงของคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ การศึกษาบางชิ้นได้ชี้ให้เห็นว่ารูพรุนที่สำคัญซึ่งทำให้คุณสมบัติเชิงกลลดลงของวัสดุคือ 1%-4%

ในโครงสร้าง microcrystalline ของเส้นใยคาร์บอนขนาดไมโครคริสตัลกราไฟท์และระยะห่างของชั้นเป็นสองพารามิเตอร์ที่สำคัญ เส้นใยคาร์บอนสูงโมดูลมีโครงสร้างผลึกกราไฟท์สามมิติที่มีข้อบกพร่องของกราไฟท์ lamellae น้อยลงการซ้อนที่แน่นขึ้นและปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้น ในระหว่างการเตรียมเส้นใยคาร์บอนสูงโมดูลัสจากเส้นใยคาร์บอนที่มีความแข็งแรงสูงการสูญเสียความแข็งแรงนั้นชัดเจนเนื่องจากโมดูลัสของเส้นใยคาร์บอนเพิ่มขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับวิวัฒนาการของโครงสร้าง microcrystalline อย่างใกล้ชิด การก่อตัวและวิวัฒนาการของโครงสร้าง microcrystalline และรูขุมขนของเส้นใยคาร์บอนร่วมกันส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของเส้นใยคาร์บอน