Анализ основных причин высокой прочности растягивания ткани углеродного волокна

 

I . Молекулярная структура и ориентация кристаллов
1. многослойное расположение атомов углерода
Углеродное волокно состоит из высококачественных графитовых микрокристаллов, а атомы углерода образуют гексагональную сотовую структуру с помощью гибридных орбиталей Sp² . Это многослойное расположение позволяет углеродному волокну образовывать высокопрочные ковалентные связи в осевом направлении) . Теоретическая сила, фактическая прочность на какол. Волокновая ткань может достичь 4, 900-7, 000 mpa .

2. управление ориентацией кристаллов
В процессе карбонизации используются высокая температура (1,200-3,000 градус) и контроль напряжения, чтобы сделать микрокристаллы графита сильно ориентированными вдоль оси волокна, чтобы уменьшить латеральные дефекты.. Например, размер зерна углеродного волокна Toray T1100 контролируется на уровне 10-20 нм, а степень ориентации превышает 90%..

II . Оптимизация производственного процесса
1. Выбор предшественника
В мейнстриме используются волокна на основе полиакрилонитрила (PAN), а лестничная структура его молекулярной цепи образует стабильное сшивание на стадии предварительного окисления, и существует несколько остаточных дефектов после карбонизации. на основе карбонового волокна на основе растяжения, которые более чем на 30% выше, чем у углеродного плавника Асфальта {7} {7} {7} {7} {7}

2. высокотемпературная карбонизация и графиция
-низкотемпературная карбонизация (400-800 степень): удалить неглеродные элементы (азот, кислород) с образованием турбостратической графитовой структуры;
- Высокотемпературная графика (2500 градусов +): способствовать росту кристаллов через среду защиты аргонов и увеличить модуль упругости до более чем 600 ГПа .

3. Технология обработки поверхности
Благодаря электрохимическому окислению или обработке плазмы на поверхности волокна образуются микро канавки, чтобы увеличить прочность связи с матрицей смолы и избежать концентрации напряжений, вызванной очисткой интерфейса .

III . конструкция композитного материала
1. оптимизация расположения волокна
Ткань из углеродного волокна принимает однонаправленную ткацкую или простую ткацкую структуру, с содержанием объема волокна {{0}%, обеспечивающего эффективную передачу нагрузки вдоль оси волокна . Например, скорость потери прочности на растяжение {5 -й степени {5 -й степени Ply {{5 {55 -never Ply Ply Ply Ply Ply Ply Ply Ply Ply Ply Ply Ply Ply Ply Ply {{5 {{5 {{5 {{5 {{5 {{5 {{5 {{5 {{5 {{5 {{5 {{5 {45 Ply Ply {55% {{5 {45 °

2. управление дефектами
- Диаметр необработанного провода контролируется при 5-7 мкм, чтобы уменьшить поверхностные трещины;
- Медленное нагревание (1-5 степень /мин) используется во время процесса карбонизации, чтобы ингибировать генерацию пор .

Iv . Сравнение производительности и инженерная проверка
| Материал|Прочность на растяжение (MPA)|Плотность (г/см сегодня)|Конкретная сила (MPA · CM³/G) |
| Ткань из углеродного волокна (класс T800)|5890|1,80|3272 |
| Высокая сталь|1200|7,85|153 |
| Авиационный алюминиевый сплав|570|2.70|211 |