碳纤维吕永根讲课Word文档格式.docx
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(1)类石墨层片及微晶结构
(2)织构
2.聚丙烯腈碳纤维的制备工艺对碳纤维结构的影响
(1)原料
(2)纺丝
(3)氧化碳化
3.碳纤维的发展现状
(1)性能与产量
(2)稳定性与市场
首先说一下碳纤维的结构与性能的关系
所谓碳纤维就是石墨或石墨烯与纤维的交集,就是具有类石墨结构的纤维材料。
了解碳纤维的结构还是先从石墨烯开始吧。
我们知道石墨烯是由碳原子组成的,也就是全部由碳碳结构构成的,碳碳键的构成方式主要有三种。
因为碳外层有4个电子,两个s电子,两个p电子,当这4个电子杂化成全部一样的性质键合时就是水平sp3杂化。
其中每个碳原子与其他4个碳原子以共价键结合,就是金刚石结构,键长是0.154纳米。
当碳原子与另外三个碳原子以共价键结合的时候,还剩一个p电子打酱油,键长就是0.142纳米,键能比金刚石大,而且在一个平面上,构成六元环的平面结构,像一张巨大的足球门网,这就是石墨烯的结构。
所以有人说石墨烯是比金刚石还强的材料。
从单层的抗拉强度和模量来讲,是。
碳纤维可以看成是由石墨烯构成的材料,石墨烯沿着纤维轴向方向上排列,这个就叫取向;
完全平行时,取向度就是100%,当然不可能。
当碳纤维沿着轴向方向受力时,石墨烯曾片的力学性能就发挥出来了,这就是人们说的理论强度180GPa。
但是那么多层的石墨烯怎么沿纤维轴向排列呢。
石墨烯之间的距离大于0.334纳米,是很容易滑动的,这就是为什么石墨给我们感觉很软的原因。
可以作为铅笔写字。
所以构成碳纤维除了石墨烯层片要沿着纤维轴向平行排列外还要具有阻止层间滑动的结构,所以是不同于天然石墨中的结构,因此把碳纤维叫做类石墨结构。
当石墨烯层片卷起来,如果沿轴向切开,就像一颗切开的白菜,这个时候,石墨烯层片之间就不那么容易滑动了,如果从断面来看,比白菜卷的还要乱,那么就更不容易滑动了,所以碳纤维从断面看就是一种犬牙交错的乱层结构,从轴向;
来看就是一种近似平行的结构
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