일반 유형의 강화 섬유
반세기 넘게 섬유강화 복합재료는 우수한 성능으로 광범위하게 응용되었고 강화섬유는 복합재료에서 중요한 역할을 한다.복합재료가 출시된 이래 증강섬유는 천연섬유에서 합성섬유로의 전환을 겪었다.
현재 가장 흔히 볼 수 있는 증강섬유는 유리섬유, 방향섬유, 탄소섬유 등을 포함한다. 본 시리즈는 복합재료용 증강섬유의 유형, 성능과 응용 방법을 상세히 소개한다.본고는 먼저 흔히 볼 수 있는 증강섬유의 유형을 간략하게 소개할 것이다.
복합재료에서 수지 기체의 주요 작용은 섬유를 한데 붙이고 외부 하중을 한 섬유에서 다른 섬유로 옮기는 것이다.대부분의 강화 섬유는 구부러지고 부드러워서 장력을 가하면 충분한 당김 강도와 강도를 가지고 있다.
강화 섬유는 통상적으로 묶인 긴 실로 단일 섬유는 왕왕 매우 가늘다. 예를 들어 유리 섬유와 탄소 섬유는 전형적인 지름이 5미터에서 25미터 사이이다.그에 비해 사람의 머리카락 지름은 통상 50미터에서 200미터 사이이다."전섬유 강화";구조;다음 그림과 같이 실 묶음, 실, 단절 섬유, 연마 섬유 등을 포함한 단일 섬유(긴 실)에서 파생될 수 있다.
현재 상용하는 증강섬유는 유리섬유를 포함한다
유리섬유는 여러 가지 다른 품종이 있지만 복합재료에 있어서 두 가지가 가장 흔히 볼 수 있다.E형 유리섬유는 거의 모든 유리섬유 강화 제품의 표준 유형이며, S형 유리섬유(R형 유리섬유 또는 T형 유리섬유라고도 부른다)는 뚜렷하게 더 좋은 신장 강도를 가지고 있다.
S형 유리 섬유는 보통 E형 유리 섬유보다 작고 수지 기체에서 더 좋은 부착력을 가지며 충격 성능이 좋다.그러나 그것의 원가는 훨씬 높다.S-2 유리 섬유는 강도가 비교적 높은 상용 S-유리 섬유로 그 신장 강도는 전형적인 E-유리 섬유의 두 배이며 경도도 약 10-20% 높아졌다.그러나 거의 모든 응용에 전자유리섬유는 충분하다.
유리섬유는 용융(1700°C) 광물제품(이산화규소, 알루미늄, 산화칼슘 등)을 작은 직경 구멍을 통해 압출하여 만든다.일반적으로 전자 유리 섬유의 직경은 약 10-25마이크로미터로 탄소 섬유보다 크다.
탄소섬유
여러 종류의 탄소섬유가 있는데, 그 기계적 성능과 원가가 각각 다르다.탄소섬유는 용융 재료에서 직접 짜낸 것이 아니라 전체 섬유를 열처리하여 공기 중의 예산화와 타성 분위기에서 탄화시켜 만든 것이다.장력 아래에서 섬유 내의 탄소 구조를 맞추면 당김 강도와 강도를 최대한 높이는 데 도움이 된다.
탄소섬유가 가장 많이 쓰이는 전체는 폴리아크릴아크릴(PAN) 섬유다.현재 가장 흔히 볼 수 있는 표준과 중등형 탄소섬유는 PAN 원사를 바탕으로 생산된다.아스팔트 전구체제에 준비된 탄소섬유는 비교적 높은 양을 가지고 있다.전체적인 성능, 섬유의 직경과 열처리(산화, 탄화, 흑연화) 공정의 세부 사항에 따라 최종 탄소섬유의 기계적 성능 범위는 매우 넓다.
보통 단일 탄소섬유의 직경은 유리섬유의 직경보다 작고 5마이크로미터밖에 안 된다.현재 탄소섬유의 가장 흔히 볼 수 있는 분류는 섬유의 역학적 성능, 특히 섬유의 양을 바탕으로 한다.주로 표준모드(표준모드), 중간모드(IM), 고모드(고모드, HM)와 초고모드(초고모드) 탄소섬유로 나뉘는데 대표적인 제품은 다음과 같다.
기타 상용 강화 섬유
Kevlar 방론 섬유: 두방이 개발한 합성 방론 섬유.기타 상용 방향성 섬유는 Twaron, Technora, Nomex를 포함한다.방향성은 복합재료의 강화섬유로 주로 높은 당김 강도와 관통성, 내마모성과 압력 저항성을 가진 응용에 쓰인다.방향성 섬유는 일반적으로 접착, 절단과 처리가 어렵고 탄소 섬유나 유리 섬유와 결합된다.
현무암 섬유: 유리 섬유와 유사한 용융과 압출 작업으로 만든다.그 당김 저항 강도와 양은 E유리섬유보다 약간 높지만 탄소섬유보다 못하다.밀도는 E유리 섬유와 비슷하다.가격은 전자유리와 탄소섬유 사이에 있다.복합급 현무암은 공급이 제한되어 통상적으로 갈색을 띤다.
초고분자량 폴리에틸렌: Dyneema와 Spectra는 모두 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 또는;"고형 폴리에틸렌";（HMPE）。UHMWPE는 견인선 로프, 활줄, 낚싯줄과 차량 장갑에 사용되며 튼튼하고 내구성이 있다.이 섬유들은 복합재료로 응용할 수 있으며, 통상적으로 탄소섬유와 혼합된다.Dyneema/탄소섬유 혼합강화재료는 층압판의 강인성을 높이고 탄소섬유의 에너지 흡수와 충격성을 높일 수 있다.Spectra 직물은 내마모성을 높이기 위해 부분적으로 사용할 수 있습니다.
고분자량 폴리프로필렌: Innegra는 Innegra Technologies에서 생산한 고분자량 폴리프로필렌(HMPP)으로 만든 섬유다.Innegra는 Kevlar나 Dyneema처럼 튼튼하지는 않지만 충격과 파손을 비교적 낮은 원가로 막을 수 있다.Innegra는 일반적으로 혼합강화재료의 한 구성 부분으로 탄소섬유나 유리섬유와 혼합하여 층압판의 강인성을 증가시킨다.
식물섬유: 유리섬유와 탄소섬유는 가장 흔히 볼 수 있는 증강섬유이지만 가장 오래된 구조의 증강섬유는 목재와 식물섬유이다.지난 10년 동안 사람들은 층압식물섬유에 다시 관심을 가지게 되었다. 특히 아마와 황마는 유용한 기계적 성능을 제공했고 표준 섬유 유형과 유사한 가공을 제공했다.식물 섬유가 직면한 도전 중 하나는 기계 성능의 범위가 전통 공사 재료보다 훨씬 넓고, 그것들의 강도도 일반적인 전자 유리 섬유보다 못하다는 것이다.흡습성은 모든 생물기 복합재료 강화재료의 문제로 많은 복합공예에 문제가 발생할 수 있다.
세라믹 섬유: 세라믹기 복합재료(CMC)의 역학적 성능은 탄소섬유 복합재료에 가깝지만 고온에 강한 내구성을 가지고 있다.그것들은 통상적으로 산화섬유와 비산화섬유로 분해되는데, 이것은 그것들의 화학 성분에 달려 있다.비산화물 방면에서 붕소는 가장 유명한 도자기 강화 재료 중의 하나로 믿을 수 없는 압력 저항 강도를 가지고 있다.탄화규소(SiC) 섬유는 강도와 강도가 높고 매우 단단하다.산화물기 섬유는 비교적 높은 항산화성을 가지고 있지만 역학적 성능은 비교적 낮다.