石墨纖維中,碳六元環(huán)網絡平面的方向
在石墨纖維中,碳六元環(huán)網絡平面通常與纖維軸向平行排列,尤其是在高模量碳纖維中。
石墨纖維的微觀結構由石墨微晶組成,每個微晶內的碳原子排列成六元環(huán)平面(石墨烯層)。這些平面通過范德華力堆疊,而平面內則通過強共價鍵連接。
在高溫石墨化處理過程中,碳原子重排并形成高度取向的結構,使六元環(huán)平面盡可能平行于纖維軸。實際結構中,石墨層可能存在局部彎曲或皺褶,但整體仍保持軸向取向。這種取向是優(yōu)化力學性能的關鍵。高模量纖維的微晶更大且排列更有序,進一步強化了軸向性能。
取向對性能有何影響?為了獲得高軸向模量,石墨烯層的平面需沿纖維軸方向平行排列。這樣,共價鍵的強鍵合力直接抵抗軸向拉伸,顯著提升剛度和強度。
不同類型碳纖維的差異:
對于高強型,可能含有更多交聯(lián)或缺陷結構,取向度略低,但通過其他機制(如抑制裂紋擴展)提升強度。
對于高模型,通過高溫處理實現(xiàn)高度取向的六元環(huán)平面,確保模量最大化。
在石墨纖維(尤其是高模量類型)中,碳六元環(huán)平面主要沿纖維軸向平行排列,這是其優(yōu)異軸向力學性能的核心原因。盡管存在局部結構起伏或缺陷,整體取向趨勢明確。