탄소 섬유 특성
기계적 특성
탄소 섬유의 기계적 특성은 가장 매력적인 속성 중 하나입니다. 가벼운 무게, 고강도 및 높은 계수는 많은 분야에서 널리 사용됩니다.
특정 강도 및 특정 계수 : 탄소 섬유의 밀도는 입방 센티미터 당 1.5 ~ 2.0 그램이지만 인장 강도는 3,500 MPa 이상에 도달 할 수 있으며, 이는 강철의 몇 배나 230 개 이상에 도달 할 수 있습니다. 대부분의 금속의 특정 강도보다 7 배 이상 높은 GPA 및 특정 계수는 금속의 5 배 이상입니다. 이 우수한 특정 강도와 특정 계수는 항공 우주, 자동차 산업, 스포츠 장비 및 기타 분야에서 탄소 섬유가 상당한 이점을 제공합니다.
이방성 : 탄소 섬유의 기계적 특성은 유의미한 이방성을 가지고 있으며, 즉 섬유 축의 방향을 따라 강도 및 모듈러스는 섬유 축에 수직 인 것보다 훨씬 높다. 이 특성을 통해 탄소 섬유 복합재는 합리적인 레이 업 설계를 통해 성능 장점을 최대화 할 수 있습니다.
피로 저항성 : resist 탄소 섬유 복합재는 피로 저항성이 우수하며, 강도 및 알루미늄보다 훨씬 높은 수백만 사이클의 응력 피로 후 강도 유지율이 60%입니다.
열 특성
탄소 섬유의 열 특성도 우수하여 고온 환경에서 사용할 수 있습니다.
열전도율 : : 탄소 섬유의 열 전도도는 0.025-0.09 칼로리/cm-sec-° C이며 0.8-1.6 × 10^-3Ω-cm의 저항력이 우수합니다. 이 성능은 탄소 섬유가 태양열 수집기, 열 전도성 쉘 재료 등에 광범위한 응용 분야를 갖습니다.
열 팽창 계수 : 탄소 섬유는 작은 열 팽창 계수, 음수 (-0.5 ~ -1.6) × 10^-6/k, 실내에서 0, 200 ~ 400 ℃에서 0, 적은 1.5 × 10^-6/k를 갖습니다. 탄소 섬유 복합재가 온도 변화 하에서 더 나은 차원 안정성을 갖는 1,000 ℃보다 더 나은다.
고온 저항성 : 탄소 섬유는 400 ° C 미만으로 매우 안정적이며 1000 ° C에서도 여전히 많은 변화가 없습니다. 이 고온 저항은 항공 우주 산업에서 널리 사용되는 탄소 섬유 복합재를 만듭니다.
기본 화학적 안정성
탄소 섬유의 화학적 안정성은 가혹한 화학 환경에서 성능을 유지할 수있는 또 다른 중요한 특성입니다.
부식 저항성 : 탄소 섬유는 강한 산화 산 외에도 산, 알칼리 및 유기 화학 물질에 안정적이며 광범위한 화학적 부식성 제품으로 만들 수 있습니다. 이러한 종류의 부식 저항성은 탄소 섬유가 화학 산업 및 해양 공학 분야에서 광범위한 응용 전망을 갖습니다.
산화 저항성 : resist insoxidization 환경에서 탄소 섬유는 초고속 온도를 견딜 수 있습니다.이 특징은 고온 용광로 라이닝 및 로켓 및 항공기의 열 보호 시스템과 같은 응용 분야에서 이점을 제공합니다.
환경 안정성 : : 탄소 섬유는 정상적인 작동 온도 ≤250 ° C 환경에서 사용되며, 탄소 섬유의 화학적 변화를 관찰하기가 어렵고 환경 안정성이 우수합니다.
탄소 섬유 응용
항공 우주
항공 우주에서 탄소 섬유의 적용은 가장 주목할만한 용도 중 하나입니다. 가볍고 강도가 높은 특성으로 인해 탄소 섬유는 항공기 및 우주선의 구조 재료로 널리 사용되어 체중을 줄이고 연료 효율을 향상시킵니다.
항공기 구조 : : 항공기 구조에서 탄소 섬유 복합재 (CFRP)를 사용하면 항공기 무게가 크게 줄어들고 승객 용량 및 범위를 증가시킬 수 있습니다. 예를 들어, Boeing 787 Dreamliner 및 Airbus A350XWB의 동체 및 윙 메인 베어링 구조는 CFRP를 광범위하게 사용하여 중량의 50% 및 53%를 차지합니다. 이 응용 프로그램은 항공기의 무게를 줄일뿐만 아니라 비행 효율과 경제를 향상시킵니다.
우주선 : ra 우주선의 분야에서 탄소 섬유는 고강도와 열 저항으로 인해 로켓 및 위성의 구조 성분을 제조하는 데 사용됩니다. 로켓 및 위성 구조에서 탄소 섬유 강화 플라스틱 (CFRP)의 사용은 발사 비용을 줄이고 페이로드를 증가시키는 것으로보고되었습니다.
스포츠 및 레저 상품
탄소 섬유는 또한 스포츠 및 레저 제품, 특히 골프 클럽, 자전거, 테니스 라켓 및 낚시 막대에서 널리 사용됩니다.
골프 클럽 : : 탄소 섬유 골프 클럽은 가벼운 무게와 높은 탄력성으로 인해 널리 사용됩니다. 통계에 따르면, 탄소 섬유 클럽이있는 아이언 클럽보다 30 야드 더 골프 공을 칠 수 있습니다.
자전거 : 탄소 섬유 자전거는 가벼운 무게와 강도로 인해 전문 라이더가 선호합니다. 탄소 섬유 자전거 프레임은 알루미늄 합금 프레임보다 1/4 가벼우 며 더 나은 강성 및 충격 흡수를 제공합니다.
산업 및 시민 건설
산업 및 민간 건설 분야에서 탄소 섬유의 적용은 주로 구조적 강화 및 강화, 특히 교량, 건물 및 인프라의 강화에 중점을 둡니다.
구조적 강화 : for 탄소 섬유 직물 또는 패널은 콘크리트 구조물을 강화하여 지진 성능과 부하 운반 용량을 향상시키는 데 사용됩니다. 탄소 섬유 강화 기술은 구조물의 지진 성능을 40%이상 향상시키는 것으로보고되었습니다.
새로운 건축 : f 탄소 섬유는 강철보다 약 50% 가벼운 탄소 섬유 튜브로 만든 트러스 빔 프레임 지붕과 같은 새로운 건축에도 사용되며 건축 효율과 지진 성능이 크게 향상되었습니다.
자동차 산업
자동차 산업에서 탄소 섬유의 적용은 주로 고성능 차량과 새로운 에너지 차량의 경량화에 중점을 둡니다.
고성능 차량 : 차량 성능 및 취급을 향상시키기 위해 가볍고 강도가 높은 특성을 위해 신체, 섀시 및 기타 스포츠카 및 레이싱 카의 기타 부분을 제조하는 데 사용됩니다. 예를 들어, BMW I3 및 I8 모델은 탄소 섬유 복합재를 광범위하게 사용하여 차량 중량을 크게 감소시킵니다.
새로운 에너지 차량 : ic 새로운 에너지 차량 분야에서 탄소 섬유는 배터리 박스, 바디 구조물 등에 사용되어 차량의 무게를 줄이고 범위를 향상시킵니다. 탄소 섬유 복합재의 사용은 차량 중량을 30% ~ 60% 감소시키고 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있다고보고되었다.
탄소 섬유의 도전과 한계 탄소 섬유의 생산 장벽과 기술적 어려움은 광범위한 적용을 제한하는 주요 요인 중 하나입니다.
다음은 생산 공정에서 탄소 섬유가 직면 한 주요 과제입니다.
높은 기술적 장벽 : : 탄소 섬유의 생산은 기술적 장벽이 높으며 중합, 회전, 사전 산화, 탄화 및 흑연과 같은 여러 단계를 포함하여 복잡한 화학 및 물리 공정을 포함합니다. 이 단계는 최종 제품의 성능을 보장하기 위해 온도, 압력 및 환경 조건을 정확하게 제어해야합니다.
장비에 대한 대규모 투자 : : 탄소 섬유 생산 장비의 높은 투자 비용, 특히 고품질 탄화 및 흑연 가로로 기술적으로 까다 롭고 유지 관리에 비교적 비싸기 때문에 소기업이 산업에 진입하는 능력을 제한합니다.
원자재 비용 : PAN 기반 탄소 섬유의 주요 원료 인 아크릴로 니트릴 단량체의 가격은 크게 변동하여 탄소 섬유의 생산 비용에 영향을 미칩니다. 또한, 고품질 PAN 원시 필라멘트의 생산은 기술적 어려움 중 하나이며, 정확한 중합 및 회전 기술이 필요합니다.
에너지 소비 : 탄소 섬유의 생산 공정은 특히 탄화 및 흑연화 단계에서 많은 에너지를 소비하며, 이는 오랫동안 고온에서 처리되어야합니다. 이것은 생산 비용을 증가시킬뿐만 아니라 환경에도 부담을줍니다.
기술 독점 : 전 세계 탄소 섬유 시장은 오랫동안 많은 기술 특허와 성숙한 생산 공정을 소유 한 일부 회사에 의해 오랫동안 독점되어 왔으며, 새로운 참가자가 단기간에 기술적 장벽을 해결하기가 어렵습니다.
제품 품질 관리 : Carbon Fiber 제품의 성능은 생산 공정의 각 단계에 매우 민감하며, 작은 변화는 최종 제품의 성능에 영향을 줄 수 있으므로 제품 품질의 제어는 매우 높은 요구 사항을 제시합니다.
요약하면, 탄소 섬유 생산 및 사용의 환경 및 건강 문제는 기술 혁신, 엄격한 환경 보호 조치 및 효과적인 폐기물 관리 전략을 통해 해결해야합니다. 기술 발전과 환경 인식이 높아짐에 따라 탄소 섬유 산업은 점차 환경 및 건강 영향을 줄이기위한 조치를 취하고 있습니다.
