Analyse av kjerneårsakene til den høye strekkfastheten til karbonfiberklut

 

I . molekylær struktur og krystallorientering
1. lagdelt arrangement av karbonatomer
Karbonfiber er sammensatt av høyt bestilte grafittmikrokrystaller, og karbonatomer danner en sekskantet honningkakestruktur gjennom SP²-hybrid orbitaler . Dette lagdelt arrangementet gjør det mulig Den faktiske karbonfiberduken kan nå 4, 900-7, 000 mpa .

2. krystallorienteringskontroll
Under karboniseringsprosessen brukes høy temperatur (1, 200-3, 000 grad) og spenningskontroll for å gjøre grafittmikrokrystallene sterkt orientert langs fiberaksen for å redusere laterale defekter . For eksempel, kornstørrelsen til T1100 -karbon -graderen} AT {5} 90%.

II . Produksjonsprosessoptimalisering
1. forløpervalg
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. Karbonisering og grafitisering av høy temperatur
-karbonisering av lav temperatur (400-800 grad): Fjern ikke-karbonelementer (nitrogen, oksygen) for å danne en turbostratisk grafittstruktur;
- Grafitisering av høy temperatur (2500 grader +): Fremme krystallvekst gjennom argonbeskyttelsesmiljø og øke elastisk modul til mer enn 600 GPA .

3. overflatebehandlingsteknologi
Gjennom elektrokjemisk oksidasjon eller plasmabehandling dannes mikrospor på fiberoverflaten for å øke bindingsstyrken med harpiksmatrisen og unngå spenningskonsentrasjon forårsaket av grensesnittskalling .}}}}}

Iii . kompositt materialdesign
1. fiberarrangementsoptimalisering
Karbonfiberduk vedtar ensrettet veving eller vanlig vevingstruktur, med et fibervoluminnhold på {{0}}%, og sikrer effektiv belastningsoverføring langs fiberaksen .} for eksempel strekkfasthetstapet på karbonfiber med 0 grad} ° 45 quy 45 ° 45.

2. defektkontroll
- Diameteren på råtråden styres ved 5-7 μm for å redusere overflatesprekker;
- Sakte oppvarming (1-5 grad /min) brukes under karboniseringsprosessen for å hemme generasjonen av porene .

IV . ytelses sammenligning og ingeniørverifisering
| Materiale|Strekkfasthet (MPA)|Tetthet (g/cm³)|Spesifikk styrke (MPA · cm³/g) |
| Karbonfiberduk (T800 -klasse)|5 890|1.80|3.272 |
| Høy styrke stål|1200|7.85|153 |
| Luftfarts aluminiumslegering|570|2.70|211 |