복합재료의 지속적인 개발로 인해 유리섬유 강화 플라스틱 외에도 탄소섬유 강화 플라스틱, 붕소섬유 강화 플라스틱 등이 등장하고 있습니다.탄소섬유 강화 고분자 복합재료(CFRP)는 우리가 일상생활에서 사용하는 많은 제품을 제조하는 데 사용되는 가볍고 강한 소재입니다.탄소섬유를 주요 구성성분으로 사용하는 섬유강화 복합재료를 설명하는 데 사용되는 용어입니다.
내용의 테이블:
1. 탄소섬유 강화 폴리머 구조
2. 탄소섬유강화플라스틱의 성형방법
3. 탄소섬유 강화 폴리머의 특성
4. CFRP의 장점
5. CFRP의 단점
6. 탄소섬유 강화 플라스틱의 활용
탄소섬유 강화 폴리머 구조
탄소섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic)은 탄소섬유 소재를 일정한 방향으로 배열한 후 고분자 소재를 결합시켜 만든 소재이다.탄소섬유의 직경은 7미크론 정도로 매우 얇지만 강도는 매우 높습니다.
탄소섬유 강화 복합재료의 가장 기본적인 구성단위는 탄소섬유 필라멘트이다.카본 필라멘트의 기본 원료는 프리폴리머 폴리아크릴로니트릴(PAN), 레이온, 석유 피치 등이다.탄소 필라멘트는 탄소 섬유 부품의 화학적, 기계적 방법을 통해 탄소 섬유 직물로 만들어집니다.
결합 폴리머는 일반적으로 에폭시와 같은 열경화성 수지입니다.폴리비닐 아세테이트 또는 나일론과 같은 다른 열경화성 수지 또는 열가소성 폴리머가 사용되는 경우도 있습니다.복합재에는 탄소 섬유 외에도 아라미드 Q, 초고분자량 폴리에틸렌, 알루미늄 또는 유리 섬유가 포함될 수도 있습니다.최종 탄소 섬유 제품의 특성은 결합 매트릭스에 도입된 첨가제의 유형에 의해서도 영향을 받을 수 있습니다.
탄소섬유강화플라스틱의 성형방법
탄소 섬유 제품은 주로 공정이 다르기 때문에 다릅니다.탄소섬유 강화 폴리머 재료를 형성하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
1. 핸드 레이업 방법
건식법(사전준비샵)과 습식법(섬유원단과 수지를 접착하여 사용)으로 나누어집니다.핸드 레이업은 압축 성형과 같은 2차 성형 공정에 사용할 프리프레그를 준비하는 데에도 사용됩니다.탄소섬유직물 시트를 금형에 적층하여 최종 제품을 만드는 방식입니다.결과 소재의 강도와 강성 특성은 직물 섬유의 정렬과 직조를 선택하여 최적화됩니다.그런 다음 몰드에 에폭시를 채우고 열이나 공기로 경화시킵니다.이 제조 방법은 엔진 커버와 같이 응력을 받지 않는 부품에 자주 사용됩니다.
2. 진공성형방법
적층 프리프레그는 일정한 공정을 통해 압력을 가하여 금형에 밀착시키고, 일정한 온도와 압력에서 경화, 성형하는 과정이 필요합니다.진공백 방식은 진공펌프를 이용하여 성형백 내부를 진공으로 하여 백과 금형 사이의 음압이 형성되어 복합재료가 금형에 밀착되도록 하는 방식이다.
진공백 방식을 바탕으로 나중에 진공백-오토클레이브 성형법이 도출되었다.오토클레이브는 진공 백 전용 방법보다 더 높은 압력을 제공하고 부품을 열 경화(자연 경화 대신)합니다.이러한 부품은 구조가 더 콤팩트하고 표면 품질이 더 좋으며 기포를 효과적으로 제거할 수 있으며(기포는 부품의 강도에 큰 영향을 미칩니다) 전반적인 품질이 더 높습니다.실제로 진공백에 담는 과정은 휴대폰 필름을 붙이는 과정과 유사하다.기포를 제거하는 것이 주요 작업입니다.
3. 압축성형방법
압축 성형대량생산과 대량생산에 유리한 성형방식입니다.금형은 일반적으로 상부와 하부로 구성되는데 이를 수금형, 암금형이라고 합니다.성형 공정은 프리프레그로 만든 매트를 금속 카운터 몰드에 넣고 특정 온도와 압력의 작용으로 매트가 몰드 캐비티에서 가열 및 가소화되고 압력 하에서 흐르며 몰드 캐비티를 채우는 것입니다. 그리고 성형 및 경화하여 제품을 얻는다.그러나 이 방법은 금형에 매우 고정밀 CNC 가공이 필요하기 때문에 이전 방법에 비해 초기 비용이 높습니다.
4. 권취성형
형상이 복잡하거나 회전체 형태인 부품의 경우 필라멘트 와인더를 사용하여 필라멘트를 맨드릴이나 코어에 감아 부품을 만들 수 있습니다.권선이 완전히 경화된 후 맨드릴을 제거합니다.예를 들어, 서스펜션 시스템에 사용되는 관형 조인트 암을 이 방법을 사용하여 만들 수 있습니다.
5. 레진 트랜스퍼 성형
RTM(Resin Transfer Molding)은 상대적으로 널리 사용되는 성형 방법입니다.기본 단계는 다음과 같습니다.
1. 준비된 불량탄소섬유 원단을 틀에 넣고 틀을 닫아주세요.
2. 액상 열경화성 수지를 주입하고 보강재를 함침시켜 경화시킵니다.
탄소섬유 강화 폴리머의 특성
(1) 강도가 높고 탄력성이 좋다.
탄소섬유의 비강도(즉, 밀도에 대한 인장강도의 비율)는 강철의 6배, 알루미늄의 17배입니다.비계수(즉, 물체의 탄성을 나타내는 영률과 밀도의 비율)는 강철이나 알루미늄의 3배 이상입니다.
비강도가 높아 큰 작업하중을 견딜 수 있습니다.최대 작동 압력은 350kg/cm2에 도달할 수 있습니다.또한 순수 F-4 및 그 브레이드보다 압축성과 탄력성이 더 뛰어납니다.
(2) 내 피로성 및 내마모성이 우수합니다.
피로 저항은 에폭시 수지보다 훨씬 높으며 금속 재료보다 높습니다.흑연 섬유는 자기 윤활성이 있고 마찰 계수가 작습니다.일반 석면제품이나 F-4 브레이드에 비해 마모량이 5~10배 적습니다.
(3) 열전도율과 내열성이 좋다.
탄소섬유 강화 플라스틱은 열전도율이 좋고, 마찰로 인해 발생하는 열이 쉽게 방출됩니다.내부는 과열 및 열 축적이 쉽지 않으며 동적 밀봉재로 사용할 수 있습니다.공중에서는 -120~350°C의 온도 범위에서 안정적으로 작동할 수 있습니다.탄소 섬유의 알칼리 금속 함량이 감소함에 따라 서비스 온도가 더욱 높아질 수 있습니다.불활성 기체에서 적응 가능한 온도는 약 2000°C에 도달할 수 있으며 추위와 더위의 급격한 변화를 견딜 수 있습니다.
(4) 내진동성이 우수합니다.
공명하거나 펄럭이는 현상이 쉽지 않으며, 진동저감, 소음감소에도 탁월한 소재입니다.
CFRP의 장점
1. 가벼운 무게
전통적인 유리 섬유 강화 플라스틱은 연속 유리 섬유와 70% 유리 섬유(유리 중량/총 중량)를 사용하며 일반적으로 입방인치당 0.065파운드의 밀도를 갖습니다.동일한 70% 섬유 중량을 갖는 CFRP 복합재의 밀도는 일반적으로 입방인치당 0.055파운드입니다.
2. 고강도
탄소섬유 강화 폴리머는 가볍지만 CFRP 복합재는 유리섬유 복합재보다 강도와 단위 중량당 강성이 더 높습니다.금속 재료와 비교할 때 이러한 장점은 더욱 분명합니다.
CFRP의 단점
1. 높은 비용
탄소섬유강화플라스틱의 생산비용은 엄청납니다.탄소 섬유 가격은 현재 시장 상황(공급 및 수요), 탄소 섬유 유형(항공우주 등급과 상업용 등급) 및 섬유 다발의 크기에 따라 크게 달라질 수 있습니다.파운드당 파운드 기준으로 볼 때, 순수 탄소 섬유는 유리 섬유보다 5~25배 더 비쌀 수 있습니다.강철과 CFRP를 비교할 때 이 차이는 더욱 커집니다.
2. 전도도
이것이 탄소섬유복합재료의 장점이자 단점이다.응용 프로그램에 따라 다릅니다.탄소 섬유는 전도성이 매우 뛰어나고 유리 섬유는 절연성입니다.많은 제품은 엄격한 단열이 요구되기 때문에 탄소섬유나 금속 대신 유리섬유를 사용합니다.공공 시설 생산 시 많은 제품에 유리 섬유를 사용해야 합니다.
탄소섬유 강화 플라스틱 용도
탄소섬유 강화 폴리머의 응용분야는 기계부품부터 군수재료까지 다양합니다.
(1)밀봉 포장으로
탄소 섬유 강화 PTFE 소재는 내식성, 내마모성, 내열성 밀봉 링 또는 패킹으로 만들 수 있습니다.정적 밀봉에 사용하면 일반 유침석면 포장에 비해 수명이 10배 이상 길어집니다.부하 변화 및 급속 냉각 및 급속 가열에도 밀봉 성능을 유지할 수 있습니다.그리고 부식성 물질이 포함되어 있지 않기 때문에 금속에 공식이 발생하지 않습니다.
(2)연삭 부품으로
자기 윤활성을 이용하여 특수 용도의 베어링, 기어, 피스톤 링으로 사용할 수 있습니다.항공 장비 및 테이프 레코더용 오일 프리 윤활 베어링, 전기 변속기 디젤 기관차용 오일 프리 윤활 기어(오일 누출로 인한 사고 방지), 압축기의 오일 프리 윤활 피스톤 링 등이 있습니다. 또한 무독성 특성을 활용하여 식품 및 제약 산업에서 슬라이딩 베어링 또는 씰로 사용됩니다.
(3) 항공 우주, 항공 및 미사일의 구조 재료로 사용됩니다.항공기 무게를 줄이고 비행 효율성을 향상시키기 위해 항공기 제조에 처음 사용되었습니다.또한 화학, 석유, 전력, 기계 및 기타 산업 분야에서 회전 또는 왕복동 동적 씰 또는 다양한 정적 씰 재료로 사용됩니다.
Zhengxi는 전문가입니다.중국 유압프레스 공장, 고품질 제공복합 유압 프레스CFRP 제품 성형용.
게시 시간: 2023년 5월 25일
