섬유 방향이란 무엇이며 왜 중요한가요?

복합재는 각 재료의 개별적인 한계를 극복하고 전체적으로 더 강력한 제품을 만들기 위해 함께 모인 두 가지 이상의 별개의 재료의 이질적인 혼합물입니다. 합성물의 최종 속성은 궁극적으로 합성물을 만드는 재료의 물리적 및 화학적 속성에 따라 달라집니다.

그러나 일반적으로 복합 재료는 섬유를 추가하여 기계적으로 강화할 수 있습니다. 강도, 탄성 및 제조성은 모두 섬유 강화에 의해 향상되지만 어느 정도는 섬유 자체의 위치 또는 섬유 방향에 따라 다릅니다.

그러나 섬유 방향은 최종 사용에서 부품의 품질과 성능에 어떤 영향을 미칠까요? 다음은 섬유 방향에 대해 알아야 할 모든 것과 엔지니어를 위한 주요 고려 사항입니다.

섬유 배향이란 무엇입니까?

사출 성형에서 섬유 배향은 섬유 강화 폴리머 복합재에서 최적의 구조적 배열을 용이하게 하기 위해 개별 섬유가 배열되는 방식을 나타냅니다. 사출된 재료가 금형을 통해 흐르면 결과적으로 섬유 정렬이 금형 캐비티의 형상을 변경하여 기계적 특성에 직접적인 영향을 미칩니다.

섬유 강화 폴리머 복합재(FRP)는 폴리머 매트릭스, 섬유 강화재 및 미세 계면 영역의 세 부분으로 구성됩니다. 일반적으로 열경화성 수지 또는 열가소성 수지인 폴리머 매트릭스는 사출 성형 중에 강화 섬유를 제자리에 고정시키는 결합제입니다. 또한 내화학성 또는 크리프와 같은 복합 재료의 분해 특성을 결정합니다. 매트릭스가 살이고 섬유 보강재가 뼈인 경우 함께 강력한 사지 또는 합성물을 형성합니다.

FRP는 높은 기계적 성능, 부식 및 내마모성, 내구성 및 설계 유연성으로 유명합니다. 이러한 이유로 섬유 강화 폴리머 복합 재료는 항공 우주, 생물 의학 및 해양 분야에서 광범위하게 적용되지만 치과 산업에서 특히 인기가 있습니다.

엔지니어는 원하는 효과를 얻기 위해 서로 다른 매트릭스와 강화 섬유를 혼합하고 일치시켜 섬유 강화 폴리머 복합 재료를 맞춤화할 수 있습니다. 섬유 방향은 엔지니어가 사출 성형 재료를 더 강하게 만드는 주요 방법이자 FRP의 성공 비결입니다.

유리 대 탄소 섬유

섬유 강화 폴리머 합성물은 합성 재료만큼 강하며 폴리머 매트릭스 및 섬유 강화제에도 적용됩니다. 폴리에스터나 에폭시와 같은 열경화성 수지로 만들어진 매트릭스는 높은 치수 및 열 안정성과 내용제성을 가지고 있습니다. 반면에 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)과 같은 열가소성 플라스틱은 이 경우 열경화성 수지보다 더 단단하며 이 폴리머 매트릭스로 만든 합성물은 덜 부서집니다.

섬유 강화 재료는 부품의 복합 밀도, 기계적 특성, 전기 및 열 전도도에 엄청난 영향을 미칩니다. 일반적으로 사출 성형에 가장 적합한 섬유 종류는 유리와 탄소입니다.

유리 섬유는 저렴하고 높은 인장 항복 강도와 높은 내화학성/내열성을 가지고 있습니다. 그들은 또한 전기 응용 분야에 완벽한 우수한 절연체입니다. 유리 섬유 복합 재료는 또한 유리 섬유가 아닌 플라스틱보다 인장 계수가 훨씬 더 높습니다.

탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴 기반(PAN) 탄소와 피치 파생 탄소의 두 가지 종류가 있습니다. 탄소 섬유는 열전도율이 매우 높으며 선형 열팽창 계수가 낮습니다. 또한 인장 강도와 탄성률이 높고 피로 강도가 높습니다.

탄소 섬유의 단점은 상대적으로 비용 효율적일 수 있고 충격 저항이 낮고 종종 높은 열이 있을 때 산화된다는 사실을 포함합니다. 또한 탄소 섬유의 높은 전기 전도성은 보호되지 않은 장비에서 원치 않는 전기 방전을 일으킬 수 있습니다.

복합 재료에서 섬유 배향이 중요한 이유는 무엇입니까?

복합 재료 내에서 섬유 방향은 부품의 강도에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 섬유 강화 복합 재료의 가장 일반적인 네 가지 방향은 단방향, 무작위, 양방향 및 다방향입니다. 재료 내의 섬유 방향에 관계없이 섬유 방향은 사출 성형 부품의 기계적 및 화학적 특성을 극적으로 향상시킬 수 있습니다.

강화 섬유는 부품의 구조적 하중을 하나 또는 두 개의 중앙 집중식 압력 지점에 배치하는 대신 지지 지점 네트워크 전체에 고르게 분산하는 데 도움이 될 수 있습니다. 섬유 방향은 거시적 강성과 강도를 제공하여 부품의 기계적 특성을 개선하는 데 중요한 역할을 합니다.

또한 섬유 강화 복합 재료는 폴리머 매트릭스 및 섬유 강화재에 의해 부여된 화학적 특성의 이점을 얻습니다. 유리 섬유는 우수한 내열성을 제공하고 탄소 섬유는 우수한 열 전도성을 제공합니다. 엔지니어는 섬유 강화 복합 재료를 사용하여 사출 성형 부품에 거의 모든 기계적 또는 열적 특성을 부여할 수 있습니다.

빠른 반경을 사용한 광섬유 방향

섬유 강화 복합 재료는 부품의 합만큼 강합니다. 즉, 매우 강합니다. 복합 재료는 높은 내열성, 강도 및 내구성이 필요한 부품을 만들려는 엔지니어에게 좋은 선택입니다. 경험 많은 제조 파트너가 디자인을 최대한 강하게 만들 수 있는 유리 또는 탄소 섬유 방향을 선택하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

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