유리 섬유 성능: 물리적·기계적·화학적 특성 완벽 해설

물리적 특성

유리 섬유의 사용 성능은 물리적, 기계적, 화학적 특성에 의해 정의됩니다. 각 섬유의 매끄럽고 거의 원형에 가까운 단면은 섬유 간 응집력을 최소화해 복합재 내 매트릭스 결합에 영향을 줍니다.

외관과 형태

• 실크처럼 매끄러운 원통형, 단면이 거의 원형.

밀도

표 1은 유리 섬유, 탄소 섬유, 일반 섬유, 금속의 밀도를 비교합니다.

유리 섬유 밀도는 유기 섬유와 일반 금속 사이, 알루미늄과 비슷합니다. 이로 인해 항공우주·자동차에서 알루미늄-티타늄 합금 대체재로 활용됩니다. 정확한 밀도는 조성에 따라 달라지며, 무알칼리 섬유가 알칼리 함유 섬유보다 약간 무겁습니다.

전기적 특성

유전 성능은 유리의 알칼리 산화물 함량에 좌우됩니다. 무알칼리 유리 섬유는 최저 유전율(약 6.5)을 보여 전기 절연재로 널리 쓰입니다.

열적 특성

유리 섬유, 특히 글라스 울 형태는 탁월한 단열재입니다. 낮은 열전도도는 섬유 사이 공기층에서 기인하며, 공극이 클수록 전도도는 낮아집니다. 또한 무기물이라 불연성이며 내열성을 지녀 유기 섬유에 없는 장점이 있습니다.

기계적 특성

표 2는 유리 섬유, 탄소 섬유, 일반 섬유, 금속의 파단 강도와 신율을 비교합니다.

주요 장점:

• 높은 파단 강도 - 동일 중량 기준 강철의 2~4배, 'FRP' 명칭의 기반.
• 뛰어난 치수 안정성 - 신율 2~3%로 온도 변화 하에서 대부분의 섬유와 금속보다 우수.
• 높은 경도 - 나일론의 약 15배, 다만 취성으로 굴곡 저항은 낮음; 섬유 직경을 줄이면 완화 가능.
• 제한적인 내마모·내폴딩성 - 표면 처리로 부드러움을 높이고 파손을 줄여 직물 용도에 적합하게 만듦.

화학적 특성

유리 섬유의 화학성은 매우 안정적입니다. 산, 염기, 대부분의 무기 화합물에 저항해 부식 환경에 적합합니다.

기타 특성

핵심 특성 외에 노화 방지, 내식성, 방곰팡이, 자외선 저항성을 지닙니다. 표면 처리로 가공성 개선 가능. 다만 절단된 섬유 끝이 피부 자극을 줄 수 있고, 장시간 흡입 시 호흡기 위험이 있습니다. 또한 비흡습성, 염색 난이도, 유기 섬유 대비 높은 제조 비용 등의 특성이 있습니다.