Analisis Alasan Inti untuk Kekuatan Tarik Tinggi Kain Serat Karbon

 

I . struktur molekul dan orientasi kristal
1. pengaturan atom karbon berlapis
Serat karbon terdiri dari mikrokristal grafit yang sangat dipesan, dan atom karbon membentuk struktur sarang lebah heksagonal melalui orbital hibrida SP² . pengaturan berlapis ini memungkinkan serat karbon untuk membentuk ikatan kovalen yang berkekuatan tinggi dalam arah aksial (arah peregangan) . Kekuatan Teoretis. Kain serat dapat mencapai 4, 900-7, 000 MPa .

2. kontrol orientasi kristal
During the carbonization process, high temperature (1,200-3,000℃) and tension control are used to make the graphite microcrystals highly oriented along the fiber axis to reduce lateral defects. For example, the grain size of Toray T1100 carbon fiber is controlled at 10-20nm, and the orientation℃exceeds 90%.

Ii . optimasi proses pembuatan
1. pemilihan prekursor
Mainstream menggunakan serat berbasis poliacrylonitrile (PAN), dan struktur tangga dari rantai molekulnya membentuk ikatan silang yang stabil pada tahap pra-oksidasi, dan ada beberapa cacat residu setelah karbonisasi . serat karbon panci memiliki kekuatan tarik yang lebih tinggi dari 30% lebih tinggi daripada yang lebih tinggi dari asph.

2. karbonisasi dan grafitisasi suhu tinggi
-karbonisasi suhu rendah (400-800 derajat): Hapus elemen non-karbon (nitrogen, oksigen) untuk membentuk struktur grafit turbostratik;
- Grafitisasi suhu tinggi (2.500 derajat +): Mempromosikan pertumbuhan kristal melalui lingkungan perlindungan argon dan meningkatkan modulus elastis menjadi lebih dari 600 GPa .

3. Teknologi Perawatan Permukaan
Melalui oksidasi elektrokimia atau perlakuan plasma, alur mikro terbentuk pada permukaan serat untuk meningkatkan kekuatan ikatan dengan matriks resin dan menghindari konsentrasi tegangan yang disebabkan oleh pengupas antarmuka .

III . Desain Bahan Komposit
1. optimasi pengaturan serat
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. kontrol cacat
- Diameter kawat mentah dikendalikan pada 5-7 μm untuk mengurangi retak permukaan;
- Pemanasan lambat (1-5 derajat /min) digunakan selama proses karbonisasi untuk menghambat generasi pori .

Iv . Perbandingan kinerja dan verifikasi teknik
| Materi|Kekuatan Tarik (MPA)|Kepadatan (g/cm³)|Kekuatan spesifik (MPa · cm³/g) |
| Kain Serat Karbon (Kelas T800)|5.890|1.80|3.272 |
| Baja berkekuatan tinggi|1.200|7.85|153 |
| Paduan Aluminium Penerbangan|570|2.70|211 |