탄소섬유란 무엇인가요? 어떤 방법으로 사용되나요?

탄소섬유(CF)는 탄소 함량이 95% 이상인 고강도, 고탄성 섬유를 함유한 새로운 형태의 섬유 소재이다. 편상흑연미결정 등의 유기섬유를 섬유의 축방향을 따라 적층하고 탄화, 흑연화 처리를 거쳐 얻어지는 미결정흑연재료이다. 탄소섬유는 "외부는 유연하고 내부는 단단하다". 금속 알루미늄보다 가볍지만 강철보다 강하며, 부식에 강하고 탄성률이 높아 국방 및 민간용으로 사용되는 중요한 소재입니다. 탄소 소재의 고유한 특성을 가질 뿐만 아니라 섬유 섬유의 부드러운 가공성을 갖춘 차세대 강화 섬유입니다.

탄소 섬유는 높은 축 강도와 모듈러스, 낮은 밀도, 높은 비성능, 크리프 없음, 비산화 환경에서의 초고온 저항, 우수한 피로 저항, 비열 등 많은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 전기전도도는 비금속과 금속의 중간에 있고, 열팽창계수가 작고 이방성이며, 내식성이 좋고, X선 투과율이 좋다. 좋은 전기 및 열 전도성, 좋은 전자파 차폐 등

기존의 유리섬유에 비해 탄소섬유의 영률은 케블라 섬유에 비해 3배 이상이며, 유기용제와 산에 대한 저항력도 강합니다. 알칼리에 용해되거나 팽윤되지 않으며 내식성이 우수합니다.

응용분야

탄소섬유는 국방산업 발전과 국민경제 발전을 위한 중요한 전략소재로, 단기 학술연구를 통해 기술집약적인 핵심소재입니다. 섬유 탄소섬유에서 장섬유 탄소섬유로, 탄소섬유를 활용해 발열재를 만드는 기술과 제품도 점차 대중화되고 있다. 오늘날 세계적으로 급속한 산업화의 맥락에서 탄소섬유의 용도는 다양해지고 있다. 중국은 이미 장섬유를 고성능 섬유의 일종으로 사용해 왔으며, 고온과 높은 물리적 안정성이 요구되는 상황에서 탄소섬유 복합재료는 대체할 수 없는 장점을 갖고 있습니다. 재료의 비강도가 높을수록 부품의 자중은 작아지고, 비탄성률이 높을수록 부품의 강성은 높아집니다. 바로 그 우수한 특성으로 인해 탄소섬유는 국내외적으로 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다. 국방 및 민간 분야.

탄소섬유 탄소소재는 군수산업과 민간산업 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 항공우주, 항공, 자동차, 전자, 기계, 화학, 섬유 및 기타 민간 산업부터 스포츠 장비 및 레저 제품까지. 탄소섬유강화복합재료는 항공기 제조 등 군사분야, 풍력 블레이드 등 산업분야, 전자파 차폐 대전방지 소재, 인공인대 및 기타 신체 대체 소재는 물론 로켓탄, 모터선, 선박 등의 제조에도 활용될 수 있다. 산업용 로봇, 자동차 판스프링, 드라이브 샤프트 등 야구 및 기타 스포츠 분야. 탄소섬유는 첨단분야의 대표적인 신산업 소재이다.

복합재료

탄소섬유는 전통적으로 단열재 외에 사용되기도 했습니다. 주로 보강재로 사용되며 수지, 금속, 세라믹, 콘크리트 및 기타 재료에 첨가하여 복합재료를 형성합니다. 탄소섬유는 첨단 복합재료의 가장 중요한 보강재가 되었습니다. 탄소섬유 복합재료는 가볍고 강하며, 가볍고 단단하며, 내열성, 내식성, 내피로성, 우수한 구조적 및 치수 안정성, 우수한 디자인 등의 특성을 가지며 대면적에 일체형으로 성형할 수 있기 때문에 널리 사용되어 왔습니다. 항공우주, 국방, 민간산업 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 탄소섬유는 직물, 펠트, 매트, 테이프, 종이 및 기타 재료로 가공될 수 있습니다. 고성능 탄소섬유는 첨단복합재료 제조에 가장 중요한 보강재이다.

토목 건축

토목 건축 분야: 탄소 섬유는 산업 및 토목 건물, 철도 및 고속도로 교량, 터널, 굴뚝, 타워 구조물 등의 보강에도 사용됩니다. 건축, 대형 지붕 시스템 및 방음벽은 미래에 좋은 응용 분야를 갖게 될 것이며, 이는 또한 탄소 섬유의 유망한 응용 분야가 될 것입니다. 저밀도, 고강도, 우수한 내구성, 강한 내식성, 산, 알칼리 및 기타 화학적 부식에 대한 저항성, 우수한 유연성 및 강한 적응성의 특성을 가지고 있습니다. 탄소섬유 튜브로 제작한 트러스 프레임 지붕은 강철보다 약 50% 가벼워 대형 구조물을 실용화했으며, 시공 효율성과 내진성능도 대폭 향상됐다. 또한, 탄소섬유를 콘크리트 구조물의 보강에 사용하는 경우 고정을 위한 볼트, 리벳을 추가할 필요가 없어 원래의 콘크리트 구조물에 지장을 덜 주고 시공 공정도 간단하다.

항공우주

탄소섬유는 로켓, 위성, 미사일, 전투기, 선박 등 첨단 무기와 장비에 필수적인 전략 기초소재다. 전략미사일의 본체와 엔진 케이싱에 탄소섬유복합재료를 적용하면 미사일의 무게를 대폭 줄이고 사거리와 공격능력을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 1980년대 미국이 개발한 대륙간탄도미사일의 3단 케이싱이 대표적이다. 모두 탄소 섬유와 에폭시 수지 복합재로 만들어졌습니다. 차세대 전투기에도 탄소섬유 복합재료가 널리 사용되기 시작했다. 예를 들어 미국의 4세대 전투기 F22는 약 24% 정도 탄소섬유 복합재료를 사용해 전투기가 가시거리 전투를 넘어서는 초음속 순항이 가능하다. , 높은 기동성 및 투명 기능. 미국 보잉이 차세대 고속 광동체 여객기인 소닉 크루저(Sonic Cruiser)를 출시했습니다. 날개를 포함한 구조 부품의 약 60%가 강화 탄소 섬유 플라스틱 복합 재료로 만들어질 예정입니다. 중국이 개발한 탄소섬유 복합 브레이크 조립식 부품의 성능은 국제 표준에 도달했습니다. 이러한 조립식 기술을 이용하여 제조된 국내 카본 및 카본 브레이크 디스크는 국방 핵심 군용 항공기에 일괄 장착되었으며, B757 민항기에도 적용이 시험평가 중에 있으며, 향후에도 추진될 예정입니다. 탱크, 고속열차, 리무진, 경주용 자동차 등 탄소섬유는 알루미늄보다 가볍지만 강도는 비슷하다.

탄소 섬유는 또한 선박에 대한 중요한 응용 가치를 가지고 있으며 선박의 구조적 무게를 줄이고 선박의 탑재량을 증가시켜 전투 재료 운송 능력을 향상시킬 수 있습니다. 탄소섬유 소재를 사용하면 구조적 무게를 획기적으로 줄일 수 있어 연비를 획기적으로 향상시킬 수 있다. 탄소섬유와 플라스틱 등의 복합재료로 만들어진 위성, 로켓 등 항공기와 우주선은 소음이 적고, 질량이 작아 전력 소모가 적어 연료를 많이 절약할 수 있다. 보도에 따르면 우주선의 질량이 1kg 감소할 때마다 발사체의 무게는 500kg 감소할 수 있다고 한다.

탄소섬유는 대형 민항기, 자동차, 고속열차 등 현대 교통수단에서 '경량화'를 달성하기 위한 완벽한 소재이기도 하다. 항공 응용 분야에서 탄소 섬유에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 차세대 대형 민간 항공기인 Airbus A380과 Boeing 787은 약 50%의 탄소 섬유 복합 재료를 사용합니다. 보잉 777 항공기는 중요한 구조재료로 불리는 수평 및 수직 횡방향 꼬리날개와 빔을 비롯한 구조재료로 탄소섬유를 사용하고 있어 품질 요구사항이 매우 엄격하다. 보잉 787의 동체에는 탄소섬유가 사용되어 비행기의 비행 속도가 빨라지고 연료 소비가 줄어듭니다. 또한 기내 습도가 높아져 승객이 더욱 편안해집니다. 에어버스도 자사 항공기에 다량의 탄소섬유를 사용하고 있으며, 신형 여객기 A380에도 탄소섬유가 널리 사용될 예정이다. 이를 통해 동급 항공기에 비해 항공기 본체의 구조적 무게를 20% 줄이고, 연료를 20% 절약함으로써 운영비를 대폭 절감하고 이산화탄소 배출량을 줄인다.

자동차 소재

탄소섬유 소재는 자동차 제조사에서도 선호하는 소재가 됐다.

자동차 내·외장 장식에도 널리 활용되기 시작했다. . 자동차 소재로서 탄소섬유의 가장 큰 장점은 가볍고 높은 강도이다. 무게는 강철의 20~30%에 불과하지만 경도는 강철의 10배 이상이다. 따라서 자동차 제조에 탄소섬유 소재를 사용하면 자동차를 더 가볍게 만들고 획기적인 발전을 이루며 에너지 절약이라는 사회적 이익을 가져올 수 있습니다. 업계에서는 자동차 제조에 탄소섬유 사용이 늘어날 것으로 보고 있다.

중국과학원이 개발한 탄소섬유 자동차는 주로 외피에 있다. 일반 재질로 만든 자동차의 후드를 망치로 치면 페인트 커버에 찌그러짐이 생길 가능성이 크다. , 하지만 이 자동차의 후드 쉘은 매우 강하고 자동차 커버에 세게 부딪힌 후에도 표면에 손상을 주지 않고 빠르게 반동합니다. 연구진은 탄소섬유복합재료로 만든 자동차가 일반 강철로 만든 자동차보다 가볍고 빠르다고 말한다. 탄소섬유 자동차는 전통적인 강철 구조를 버리고 다량의 탄소섬유 소재를 사용해 일반 강철 자동차에 비해 자동차 무게를 60% 줄일 수 있다. 동일한 연료 소비량에서 이 자동차는 시속 50km를 더 주행할 수 있습니다.

탄소섬유는 가볍지만 안전성이 더 뛰어나며, 플라스틱처럼 보이지만 사실 이 소재는 강철보다 충격에 강하고, 특히 탄소섬유로 만든 스티어링 휠은 기계적 강도와 충격이 더 높습니다. 저항. 복합재료의 협력으로 탄소섬유 자동차는 가족용 자동차 중 장갑차로 자리 잡았습니다. 고속철의 스커트에 사용된 탄소섬유 소재다.

섬유 강화

탄소 섬유 강화에는 탄소 섬유 천 강화와 탄소 섬유 판 강화가 포함됩니다. 콘크리트 구조물의 보강 및 보수를 위한 탄소섬유 재료의 활용에 관한 연구는 1980년대 미국, 일본 등 선진국에서 시작되었다. 이 기술은 중국에서 매우 늦게 시작되었지만 중국의 경제 건설 및 교통의 급속한 발전으로 인해 상당수의 기존 건물이 당시 낮은 설계 하중 기준으로 인해 요구 사항을 충족하기 어려운 경우가 많았습니다. 사용 기능의 변화 표준화된 사용에 대한 현재의 요구는 긴급한 수리 및 강화를 요구합니다. 일반적으로 사용되는 보강 방법에는 단면 확대 방법, 포장 강철 보강 방법, 접착 강철 보강 방법, 탄소 섬유 보강 방법 등이 있습니다. 탄소섬유 보강 및 구조 보수 기술은 콘크리트 단면 확대 및 철골 접합에 이은 또 다른 새로운 형태의 구조 보강 기술이다.

중국은 1997년부터 해외 콘크리트 구조 기술 연구 강화를 위해 탄소섬유복합재료를 도입하기 시작했다. 연구 및 엔지니어링 응용 분야에서 핫스팟이 되었습니다. 중국 내 수십 개의 대학과 연구 기관이 이 연구 작업을 수행하여 국제 선진 수준에 가까운 다수의 연구 성과를 달성했습니다. 중국은 세계에서 가장 큰 토목건축 시장을 갖고 있기 때문에 탄소섬유 강화 건축구조의 적용은 점점 더 증가하는 추세를 보일 것이다.

스포츠 용품

탄소섬유는 클럽, 낚싯대, 테니스 라켓, 배드민턴 라켓, 자전거, 스키 폴, 스노보드, 윈드서핑 마스트 등 스포츠 및 레저 분야에 사용됩니다. 및 항해 선체 스포츠 장비 및 기타 스포츠 장비는 탄소 섬유의 주요 사용자 중 하나입니다. 탄소섬유는 스피커, 욕실난방기, 히터 등 생활용품과 휴대폰, 노트북 등 전자제품에도 사용된다.

스포츠 응용 분야에서 세 가지 중요한 응용 분야는 배트와 라켓 프레임입니다. 연간 3400만 마리의 박쥐가 생산되는 것으로 추산됩니다. 전 세계 탄소섬유 배트의 40%가 탄소섬유로 만들어졌습니다. 탄소섬유 낚싯대의 전 세계 생산량은 연간 약 2천만 쌍입니다. 테니스 라켓 프레임의 시장 규모는 연간 약 600만 쌍입니다. 기타 스포츠 응용 분야로는 아이스하키 스틱, 스키 폴 등이 있습니다. 탄소섬유는 조정이나 조정 등 다른 해양스포츠에도 사용됩니다.