탄소섬유와 금속의 차이점.

많은 소재 중에서 탄소섬유복합재료(CFRP)는 비강도, 비강성, 내식성, 내피로성이 우수하여 점점 주목을 받고 있습니다.

탄소 섬유 복합재와 금속 재료의 서로 다른 특성은 엔지니어에게 서로 다른 설계 아이디어를 제공합니다.

다음은 탄소섬유복합재료와 기존 금속의 특성 및 차이점을 간단하게 비교한 것입니다.

1. 비강성 및 비강도

탄소섬유 소재는 금속 소재에 비해 가볍고 비강도가 높으며 비강성을 갖고 있습니다.수지 기반 탄소 섬유의 모듈러스는 알루미늄 합금의 모듈러스보다 높으며, 수지 기반 탄소 섬유의 강도는 알루미늄 합금의 강도보다 훨씬 높습니다.

2. 디자인성

금속 재료는 일반적으로 모두 동성이며 항복 또는 조건부 항복 현상이 있습니다.그리고 단층 탄소 섬유는 분명한 방향성을 가지고 있습니다.

섬유 방향에 따른 기계적 성질은 수직 섬유 방향과 종방향 및 횡방향 전단 특성에 비해 1~2배 더 높으며, 응력-변형률 곡선은 파단 전 선형 탄성을 가집니다.

따라서 탄소섬유 소재는 적층판 이론을 통해 단층의 부설 각도, 부설 비율, 부설 순서 등을 선택할 수 있다.하중 분포의 특성에 따라 설계를 통해 강성과 강도 성능을 얻을 수 있지만 전통적인 금속 재료는 두꺼워질 수만 있습니다.

동시에, 요구되는 면내 강성과 강도는 물론 고유한 면내 및 면외 결합 강성을 얻을 수 있습니다.

3. 내식성

탄소섬유 소재는 금속 소재에 비해 내산성, 내알칼리성이 강합니다.탄소섬유는 2000~3000℃의 고온에서 흑연화에 의해 형성된 흑연 결정과 유사한 미결정 구조로 염산, 황산, 인산 최대 50%, 탄성률, 중부식에 대한 저항성이 높다. 강도와 직경은 기본적으로 변하지 않습니다.

따라서 보강재로서 탄소 섬유는 내식성을 충분히 보장하며 내식성이 다른 매트릭스 수지가 다릅니다.

일반적인 탄소 섬유 강화 에폭시와 마찬가지로 에폭시는 내후성이 우수하면서도 강도를 잘 유지합니다.

4. 피로 방지

압축 변형률과 높은 변형률 수준은 탄소 섬유 복합재의 피로 특성에 영향을 미치는 주요 요인입니다.피로 특성은 일반적으로 압력(R = 10) 및 인장 압력(r =-1) 하에서 피로 테스트를 받는 반면, 금속 재료는 압력(R = 0.1) 하에서 인장 피로 테스트를 받습니다.금속 부품, 특히 알루미늄 합금 부품에 비해 탄소 섬유 부품은 피로 특성이 뛰어납니다.자동차 섀시 등 분야에서 탄소 섬유 복합재는 더 나은 적용 이점을 가지고 있습니다.동시에 탄소섬유에는 노치효과가 거의 없다.노치 테스트의 SN 곡선은 대부분의 탄소섬유 적층체의 전체 수명 동안 노치 없는 테스트의 SN 곡선과 동일합니다.

5. 복구 가능성

현재 성숙한 탄소 섬유 매트릭스는 열경화성 수지로 만들어져 경화 및 가교 후 추출 및 재사용이 어렵습니다.따라서 탄소섬유 회수의 어려움은 산업발전의 걸림돌 중 하나이며, 대규모 적용을 위해서는 시급히 해결해야 할 기술적 문제이기도 하다.현재 국내외 재활용 방법은 대부분 비용이 많이 들고 산업화도 어렵다.Walter 탄소섬유는 재활용 가능한 솔루션을 적극적으로 탐색하고 있으며 수많은 시험 생산 샘플을 완료했으며 대량 생산 조건에서 복구 효과가 좋습니다.

결론

탄소섬유 소재는 전통적인 금속 소재에 비해 기계적 성질, 경량성, 디자인성, 내피로성 등에서 독특한 장점을 갖고 있습니다.그러나 생산 효율성과 어려운 복구는 여전히 추가 적용의 병목 현상입니다.기술과 공정의 혁신과 함께 탄소섬유의 활용도는 더욱 늘어날 것으로 예상됩니다.