탄소 섬유 직물 유형 완벽 가이드: 종류, 용도, 장점

한 탄소 섬유 조각이 다른 탄소 섬유 조각과 왜 다르게 보이는지 궁금했던 적이 있다면, 당신만 그런 게 아닙니다. 탄소 섬유는 많은 다른 직조로 제공되며 각각 다른 목적을 가지고 있으며, 그것은 단지 미용적인 것이 아닙니다.

탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN)과 레이온 같은 전구체로 만들어집니다. 전구체 섬유는 화학적으로 처리되고, 가열되고, 연신된 다음 탄화되어 고강도 섬유를 생성합니다. 이 섬유들, 또는 필라멘트들은 토우라고 불리는 묶음으로 묶이며, 포함된 탄소 필라멘트 수로 식별됩니다. 일반적인 토우 등급은 3k, 6k, 12k, 15k입니다. "k"는 천을 의미하므로 3k 토우는 3,000개의 탄소 필라멘트로 구성됩니다. 표준 3k 토우는 일반적으로 0.125인치 폭이므로 작은 공간에 많은 섬유가 압축되어 있습니다. 6k 토우는 6,000개, 12k는 12,000개 필라멘트를 가지며, 이와 같습니다. 이 많은 고강도 섬유가 함께 묶여 있는 것이 탄소 섬유를 매우 강한 소재로 만드는 이유입니다.

직조 탄소 섬유

탄소 섬유는 일반적으로 직조 직물 형태로 제공되어 작업하기 쉽고 애플리케이션에 따라 추가적인 구조적 강도를 줄 수 있습니다. 이로 인해 탄소 섬유 직물에는 많은 다른 직조가 사용됩니다. 가장 일반적인 것은 평직, 트윌, 하네스 새틴이며 각각 자세히 설명하겠습니다.

평직

평직 탄소 섬유 시트는 작은 체커보드 스타일 외관으로 대칭적으로 보입니다. 이 직조에서 토우는 오버/언더 패턴으로 직조됩니다. 인터레이스 사이의 짧은 거리는 평직에 높은 수준의 안정성을 부여합니다. 직물 안정성은 직물이 직조 각도와 섬유 배향을 유지하는 능력입니다. 이 높은 안정성으로 인해 평직은 복잡한 윤곽이 있는 레이업에는 적합하지 않으며, 다른 직조만큼 유연하지 않습니다. 일반적으로 평직 직물은 평평한 시트, 튜브, 2D 곡선에 적합합니다.

이 직조 패턴의 한 가지 단점은 인터레이스 사이의 짧은 거리로 인한 토우의 가혹한 크림프(직조 시 섬유가 만드는 각도, 아래 참조)입니다. 가혹한 크림프는 시간이 지남에 따라 부품을 약화시킬 수 있는 응력 집중을 생성할 수 있습니다.

트윌 직조

트윌은 평직과 다음에 논의할 새틴 직조 사이의 다리 역할을 합니다. 트윌은 좋은 유연성을 가지며 복잡한 윤곽에 맞출 수 있고, 하네스 새틴 직조보다 직물 안정성을 유지하는 데 더 좋지만 평직만큼 좋지는 않습니다. 트윌 직조에서 토우 가닥을 따라가면 정해진 수의 토우 위를 지나가고 같은 수의 토우 아래로 지나갑니다. 오버/언더 패턴은 "트윌 라인"으로 알려진 대각선 화살촉 모양을 만듭니다. 토우 인터레이스 사이의 더 긴 거리는 평직보다 더 적은 크림프와 더 적은 잠재적 응력 집중을 의미합니다.

2×2 트윌

4×4 트윌

2×2 트윌은 업계에서 가장 알아보기 쉬운 탄소 섬유 직조일 것입니다. 많은 미용 및 장식 애플리케이션에 사용되지만 훌륭한 기능성도 가지고 있으며, 적당한 성형성과 적당한 안정성을 모두 가집니다. 2×2라는 이름처럼 각 토우는 2개의 토우 위를 지나가고 2개 아래로 지나갑니다. 마찬가지로 4×4 트윌은 4개 위, 4개 아래로 지나갑니다. 직조가 더 타이트하지 않아 2×2 트윌보다 약간 더 성형성이 있지만 안정성은 더 적습니다.

하네스 새틴 직조

새틴 직조는 수천 년 전 실크 직물을 만들기 위해 설계되었으며 뛰어난 드레이핑 특성을 가지면서도 매끄럽고 심리스해 보입니다. 복합 소재에서 이 드레이핑성은 복잡한 윤곽을 쉽게 감싸고 형성할 수 있음을 의미합니다. 직물이 매우 성형 가능하므로 예상대로 안정성은 낮습니다. 일반적인 하네스 새틴 직조는 4 하네스 새틴(4HS), 5 하네스 새틴(5HS), 8 하네스 새틴(8HS)입니다. 새틴 직조 번호가 증가함에 따라 성형성은 증가하고 직물 안정성은 감소합니다.

4HS

5HS

8HS

하네스 새틴 이름의 숫자는 위를 지나가고 아래로 지나가는 총 토우 수를 나타냅니다. 4HS는 3개 위, 1개 아래로 지나갑니다. 5HS는 4개 위, 1개 아래로, 8HS는 7개 위, 1개 아래로 지나갑니다.

스프레드 토우 대 표준 토우

스프레드 토우 소재는 단방향 소재와 표준 직조 소재 사이의 좋은 타협점이 될 수 있습니다. 섬유 토우가 직물을 만들기 위해 위아래로 직조될 때, 토우의 크림프로 인해 강도가 감소합니다. 표준 토우의 필라멘트 수를 3k에서 6k로 늘리면 토우가 더 커지고(두꺼워지고) 크림프 각도가 더 가혹해집니다. 이를 피하는 한 가지 방법은 필라멘트를 더 넓은 토우로 펼치는 것인데, 이를 스프레드 토우라고 하며 이를 통해 몇 가지 이점을 얻습니다.

스프레드 토우는 표준 토우 직조보다 더 작은 크림프 각도를 제공하고 부드러움을 증가시켜 크로스오버 결함을 줄일 수 있습니다. 더 낮은 크림프 각도는 더 높은 강도를 가져옵니다. 스프레드 토우 소재는 단방향 소재보다 작업하기 쉽고 여전히 합리적으로 좋은 섬유 풀업 방지 기능을 가집니다.

스프레드 토우 평직

스프레드 토우 트윌 직조

단방향

이름에서 알 수 있듯이 유니(uni)는 하나를 의미하며, 모든 섬유가 같은 방향으로 배향됩니다. 이는 단방향(UD) 직물에 높은 강도 이점을 줍니다. UD 직물은 직조되지 않으며, 구조를 약화시킬 수 있는 크림핑이 있는 인터레이싱 섬유가 없습니다. 대신 연속 섬유가 강도와 강성을 증가시킵니다. 또 다른 이점은 성능 특성을 위해 레이업을 더 잘 제어하여 맞춤화할 수 있다는 것입니다. 자전거 프레임은 UD 직물이 성능을 조정하는 데 어떻게 사용될 수 있는지 좋은 예입니다. 프레임은 라이더의 동력을 바퀴로 전달하기 위해 바텀 브래킷 영역에서 강하고 단단해야 하지만, 라이더를 지치게 하지 않으려면 약간의 컴플라이언스와 플렉스도 필요합니다. UD 소재로 섬유의 정확한 방향을 선택하여 필요한 강도를 얻을 수 있습니다.

UD의 주요 단점 중 하나는 작업성입니다. UD는 인터레이스된 섬유가 없어 이를 묶어주지 않기 때문에 레이업 공정 중에 매우 쉽게 분해되는 경향이 있습니다. 섬유가 잘못 배치되면 모두 다시 올바르게 재배향하는 것이 거의 불가능할 수 있습니다. UD 직물로 만든 부품을 가공할 때도 문제가 발생할 수 있습니다. 기능이 절단된 곳에서 섬유 풀업이 발생하면 그 느슨한 섬유가 부품 전체를 가로질러 풀릴 수 있습니다. 일반적으로 UD 소재가 레이업에 선택되면 첫 번째와 마지막 레이어에 직조 소재 층을 사용하여 가공성과 부품 내구성을 돕습니다. 이는 취미용 드론 프레임부터 생산 로켓 부품까지 모두 적용됩니다. 이 글이 마음에 드시거나 추가 질문이 있으시면 아래 댓글을 남겨주세요. 출처 및 참조 사이트: https://store.acpsales.com/products/3495/woven-fabric-style-guide