Analýza základních důvodů pro vysokou pevnost v tahu uhlíkových vláken

 

I . Molekulární struktura a krystalická orientace
1. vrstvené uspořádání atomů uhlíku
Carbon fiber is composed of highly ordered graphite microcrystals, and carbon atoms form a hexagonal honeycomb structure through sp² hybrid orbitals. This layered arrangement enables carbon fiber to form high-strength covalent bonds in the axial direction (stretching direction). The theoretical tensile strength of a single layer of graphene can reach 130 GPa, and the actual carbon Fiber hadřík může dosáhnout 4, 900-7, 000 MPA .

2. Control Crystal Orientation Control
Během procesu karbonizace se vysoká teplota (1, 200-3, 000 stupeň) a kontrola napětí používá k tomu, aby grafitové mikrokrystaly byly vysoce orientovány podél osy vláken, aby se snížily boční defekty ., například velikost zrna T1100 je ovládána na 10-20}}}}}}}}}}}}}} nm, a například o orientaci, a orietační přesahu, a o orientaci a o orientaci, a například o orientaci, a například o orientaci, a o orientaci a orientaci, a například o orientaci a orietační a oriena. 90%.

II . Optimalizace výrobního procesu
1. Výběr prekurzorů
The mainstream uses polyacrylonitrile (PAN)-based fibers, and the ladder structure of its molecular chain forms stable cross-linking in the pre-oxidation stage, and there are few residual defects after carbonization. PAN-based carbon fiber has a tensile strength that is more than 30% higher than that of asphalt-based carbon fiber.

2. Vysoko teplotní karbonizace a grafitizace
-Nízkoteplotní karbonizace (400-800 stupeň): Odstraňte ne-uhlíkové prvky (dusík, kyslík) a vytvořte turbostratickou grafitovou strukturu;
- Vysokoteplotní grafitizace (2 500 stupňů +): podporuje růst krystalů prostřednictvím prostředí na ochranu argonu a zvyšuje elastický modul na více než 600 GPA .

3. Technologie úpravy povrchu
Prostřednictvím elektrochemické oxidace nebo ošetření v plazmě se na povrchu vlákna vytvářejí mikro dráty, aby se zvýšila síla vazby s pryskyřičnou matricí a zabránilo se koncentraci napětí způsobené rozhraním .

III . Návrh kompozitního materiálu
1. Optimalizace uspořádání vláken
Carbon fiber cloth adopts unidirectional weaving or plain weaving structure, with a fiber volume content of {{0}}%, ensuring efficient load transmission along the fiber axis. For example, the tensile strength loss rate of carbon fiber cloth with 0℃direction ply is 80% lower than that of ±45℃ply.

2. ovládání defektů
- Průměr surového drátu je řízen na 5-7 μm, aby se snížilo povrchové trhliny;
- Pomalé zahřívání (1-5 stupeň /min) se během procesu karbonizace používá k inhibici generování pórů .

IV . Porovnání výkonu a ověření inženýrství
| Materiál|Pevnost v tahu (MPA)|Hustota (g/cm³)|Specifická síla (MPA · cm³/g) |
| Tkařidlo z uhlíkových vláken (třída T800)|5 890|1,80|3 272 |
| Vysoko pevná ocel|1200|7,85|153 |
| Letecká slitina hliníku|570|2,70|211 |