탄소 섬유는 얼마나 강합니까? | 이 요소를 어렵게 만드는 요소 알아보기

올바르게 합성되면 탄소 섬유는 강철보다 10배 강할 수 있습니다. 하지만 기본 형태의 탄소 섬유는 얼마나 강하며 어떻게 그 강도를 극대화할 수 있습니까? 이 게시물에서 이러한 질문에 대한 답변을 드리겠습니다!

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강력한 탄소 섬유는 어떻게 만드나요?

탄소 섬유가 왜 그렇게 강한가요?

탄소 섬유는 쉽게 끊어지나요?

탄소 섬유가 KEVLAR®보다 강합니까?

탄소 섬유를 태울 수 있습니까?

탄소 섬유가 녹슬 수 있습니까?

탄소 섬유 필라멘트는 얼마나 강합니까?

강력한 탄소 섬유는 어떻게 만드나요?

먼저, 섬유 및 기타 폴리머 시트를 산소가 없는 공간에서 매우 높은 온도로 가열합니다. 산소가 없기 때문에 섬유는 타지 않고 대신 너무 뜨거워져 탄소 원자만 남게 됩니다.

다음으로 탄소는 안정화되고 탄화됩니다. 여기에는 내화성 탄소를 야외에서 고온으로 가열한 다음 화학 가스(산소 제외)가 채워진 용광로에 넣고 더 가열하는 작업이 포함됩니다.

셋째, 시트를 냉각하고 산소를 포함한 다양한 화학 가스에 담가 더 나은 결합 특성을 부여합니다.

마지막으로 시트에 에폭시 수지 코팅을 적용하여 제품을 만들 때 섬유가 손상되는 것을 방지합니다. 코팅의 구성은 섬유에 사용된 초기 재료에 따라 다릅니다.

이것은 매우 강한 건축 자재이지만 여전히 깨지기 쉽고 어떤면에서는 부서지기 쉬운 단일 탄소 섬유 시트를 만드는 과정입니다. 탄소 섬유 시트가 거의 깨지지 않게 되는 방법에 대한 자세한 내용은 아래의 "탄소 섬유가 쉽게 끊어지나요?" 섹션을 참조하세요.

강한 탄소 섬유를 만드는 것은 집에서 확실히 할 수 없는 매우 복잡한 과정이라는 것을 아는 것이 중요합니다.

이 비디오를 시청하여 탄소 섬유를 확대하여 탄소 섬유 가닥이 얼마나 강하고 밀접하게 결합되는지 확인하십시오.

탄소 섬유가 왜 그렇게 강한가요?

탄소 섬유는 분자의 사슬과 같은 결합으로 인해 지구상에서 가장 강한 물질 중 하나입니다. 이 구조는 모든 화학 반응과 섬유가 만들어지는 동안 극심한 온도 변화 동안 생성됩니다.

이 공정은 수천 개의 작은 가닥을 함께 묶어 에폭시와 혼합합니다. 이러한 가닥은 탄소 섬유 층을 형성하며, 강도는 가닥의 정확한 방향과 레이어에 사용된 직물 유형에 영향을 받습니다.

탄소 섬유의 단일 층은 일반적으로 두께가 약 0.25mm이며 전혀 강하지 않습니다. 사실, 그 두께에서 탄소 섬유는 매우 쉽게 부서집니다. 그것은 탄소 섬유가 강하다는 것에 대해 알고 있는 것과는 반대일 수 있지만 강도는 "레이업"이라고도 하는 섬유의 방향과 직조를 사용하여 여러 레이어를 쌓는 과정에서도 생성됩니다.

탄소 섬유의 분자 순도는 또한 단단히 결합된 구조를 개발하는 데 도움이 됩니다.

탄소 섬유는 쉽게 끊어집니까?

짧은 대답은 위에서 설명한 것처럼 할 수 있다는 것입니다. 탄소 섬유의 가장 큰 장점은 강도와 ​​강도 방향을 조절할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 한 방향에서는 매우 강력하고 다른 방향에서는 더 유연하게 만들고 싶다면 특정 유형의 천과 레이업을 사용하여 그렇게 할 수 있습니다.

단방향 시트

설명하기 위해 스시를 만드는 데 사용되는 나무 매트 중 하나를 상상해 보십시오. 매트는 서로 평행하게 달리고 함께 묶인 좁은 나무 막대 묶음으로 만들어집니다. 결과는 곡물에 대해 구부리면 매트를 구부리기 쉽습니다. 하지만 곡식으로 구부리면 매트가 쉽게 구부러지지 않습니다. 왜냐하면 실제로는 나무 막대가 부러질 정도로 세게 구부려야 하기 때문입니다.

탄소 섬유 시트는 스시 매트와 유사한 일련의 평행 막대로 구성됩니다. 그러나 탄소 섬유에서 막대는 처리된 섬유로 만들어지며 나무보다 훨씬 강합니다. 이 때문에 막대와 같은 방향으로 압력을 가하면 탄소 섬유 시트가 부러지기가 상당히 어렵습니다. 한 방향으로 움직이는 한 장의 막대는 모든 섬유가 같은 방향으로 흐르는 "단방향"이라는 일종의 탄소 섬유 직물과 유사합니다.

이제 바닥 매트의 나무 막대가 한 방향으로 가고 상단 매트의 막대가 다른 방향으로 가도록 두 개의 스시 매트를 다른 위에 하나씩 붙였다고 상상해 보십시오. 이제 매트가 서로를 지지하고 서로가 어느 방향으로 구부러지지 않도록 합니다.

단방향 탄소섬유를 사용하면 재료를 겹겹이 쌓으면서 각 층이 있는 강도의 방향을 조절할 수 있습니다. 이러한 강도 방향 제어는 탄소 섬유의 장점 중 하나입니다. 여러 레이어를 활용하여 주어진 애플리케이션에 필요한 만큼 최종 제품을 강력하게 만들 수 있습니다.

짠 시트

탄소 섬유의 직조 시트에서 필라멘트는 바구니의 가닥처럼 함께 짜여져 더 잘 고정됩니다. 여러 가지 이유로 사용되는 다양한 유형의 직물이 있습니다. 그것은 미학적일 수도 있고, 특정 유형의 재료를 몰드로 가공하는 것이 더 쉬울 수도 있고, 및/또는 여러 방향에서 더 많은 강도를 가질 수도 있습니다. 사용되는 직물의 유형과 강도를 제어하기 위해 배치하는 방향은 모두 레이업 전략 개발의 일부입니다.

그러나 직조 유형에 관계없이 한 장의 직조 섬유는 겹겹이 쌓이지 않는 한 여전히 약할 것입니다.

방향이 바뀌는 탄소 섬유 시트(직조 또는 단방향) 스택은 실제로 강철 강도의 최대 18배에 달하는 매우 강력합니다.

이 동영상을 시청하여 탄소 섬유가 어떻게 그렇게 강력하게 만들어졌는지 알아보십시오.

탄소 섬유가 KEVLAR®보다 강합니까?

탄소 섬유와 아라미드 섬유(KEVLAR®는 단순히 아라미드 섬유 브랜드임)는 장점과 단점이 있지만 강도는 거의 같습니다.

먼저, 두 재료 모두 각각의 직물로 된 많은 얇은 시트로 구성되어 있으며 여러 겹의 직조 섬유를 사용하여 두꺼워질 때만 실제 강도를 얻을 수 있다는 점을 이해하십시오.

여러 겹을 엮어도 탄소 섬유는 매우 얇고 가볍습니다. 또한 매우 강하지만 칼과 같은 날카로운 물건에는 견디기 어렵습니다.

반면 KEVLAR®는 탄소 섬유보다 두껍고 침투하기 어렵습니다. 하지만 두께가 두꺼워서 더 무겁고 덜 유연합니다. 또한 탄소 섬유보다 열에 훨씬 약합니다.

탄소 섬유를 태울 수 있습니까?

탄소 섬유를 태우는 데 어려움을 겪을 것입니다.

750도까지 가열하면 연소 연료가 공급되는 한 매우 천천히 연소됩니다. 그러나 그 시점에서도 연료원이 제거되는 즉시 연소가 멈춥니다.

탄소 자체가 연소되지 않기 때문에 제한된 연소는 섬유의 탄소와 결합된 수지에 의해 발생합니다. 섬유가 타는 유일한 이유는 섬유에 포함된 비탄소 성분이 연소하기 때문입니다.

다양한 종류의 열을 지원할 수 있는 다양한 유형의 수지가 있습니다. 일반적인 에폭시 수지는 화씨 약 200도까지 양호하지만 고열 수지는 일반적으로 최대 400도까지 견딜 수 있습니다. 항상 사용하는 수지의 사양을 확인하십시오.

탄소 섬유는 내열성이 높으면서도 여전히 강력하기 때문에 엔진 내부 사이딩과 같은 많은 엔지니어링 응용 분야에 사용됩니다.

탄소 섬유가 녹슬 수 있습니까?

아니요. 탄소 섬유의 단단한 결합은 제조 과정에서 사용되는 복잡한 화학 공정으로 인해 산화되지 않습니다. 탄소 섬유를 손상으로부터 보호하는 데 사용되는 에폭시 수지는 불활성이므로 녹 및 기타 부식 유형으로부터 안전합니다.

탄소 섬유 필라멘트는 얼마나 강합니까?

탄소 섬유 필라멘트는 탄소 섬유 직물에 사용되는 개별 끈입니다. 이러한 가닥은 일반적으로 CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱)의 RP인 수지를 사용하여 함께 결합됩니다. 탄소 섬유의 정확한 화학 조성에 사용된 재료를 조합하여 엔지니어는 부품보다 훨씬 더 내구성 있고 강하며 가벼운 것을 만들 수 있습니다.

직조 직물에서 탄소 섬유의 각 가닥은 일반적으로 사람 머리카락 너비보다 적은 1,000~12,000개의 개별 필라멘트를 갖습니다.

그렇다면 탄소 섬유는 얼마나 강합니까? 간단히 말해서 탄소 섬유보다 강한 물질은 세상에 많지 않습니다. 특히 상업적으로 이용 가능한 물질은 거의 없습니다.

탄소 섬유의 강도를 보고 싶으십니까? 이 동영상을 확인하세요!

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