탄소 섬유, 유리 섬유 또는 아라미드 중 어떤 재료가 더 좋습니까?
세 가지 재료의 밀도를 비교하면 세 가지 섬유의 상당한 차이를 볼 수 있습니다. 정확히 같은 크기와 무게의 샘플 3개를 만들면 Kevlar® 섬유가 훨씬 가볍고 그 다음이 탄소 섬유이고 E-유리 섬유가 가장 무겁다는 것이 금방 명백해집니다.
따라서 동일한 무게의 복합 재료에 대해 탄소 섬유 또는 Kevlar®가 더 높은 강도를 얻을 수 있습니다. 즉, 탄소 섬유 또는 Kevlar® 복합재로 만든 주어진 강도가 필요한 구조는 유리 섬유로 만든 구조보다 작거나 얇습니다.
샘플을 만들고 테스트했을 때 유리 섬유 합성물이 Kevlar® 또는 탄소 섬유 라미네이트보다 거의 두 배 무거운 것으로 나타났습니다. 즉, Kevlar® 또는 탄소 섬유를 사용하면 무게를 많이 줄일 수 있습니다.
영률은 탄성 재료의 강성 측정이며 재료를 설명하는 방법입니다. 일축 변형(동일한 방향으로의 변형)에 대한 일축(한 방향으로의) 응력의 비율로 정의됩니다. 영률=응력/변형. 이는 영률이 높은 재료가 영률이 낮은 재료보다 더 단단함을 의미합니다.
탄소 섬유, Kevlar® 및 유리 섬유는 강성이 매우 다양합니다. 탄소 섬유는 아라미드 섬유보다 약 2배, 유리 섬유보다 5배 더 강합니다. 탄소 섬유의 우수한 강성에 대한 단점은 부서지기 쉬운 경향이 있다는 것입니다. 실패하면 큰 변형이나 변형을 나타내지 않는 경향이 있습니다.
3. 가연성 및 열분해
Kevlar®와 탄소 섬유는 모두 고온에 강하며 녹는점이 없습니다. 두 재료 모두 보호복과 내화성 직물에 사용되었습니다. 유리 섬유는 결국 녹지만 고온에 매우 강합니다. 물론 건물에 반투명 유리 섬유를 사용하면 내화성도 향상됩니다.
탄소 섬유와 Kevlar®는 소방 보호용 또는 용접용 담요 또는 의복을 만드는 데 사용됩니다. Kevlar 장갑은 칼을 사용할 때 손을 보호하기 위해 육류 산업에서 일반적으로 사용됩니다. 섬유는 단독으로 사용되는 경우가 드물기 때문에 매트릭스(일반적으로 에폭시)의 내열성도 중요합니다. 에폭시 수지는 열에 노출되면 빠르게 연화됩니다.
4. 전도도
탄소 섬유는 전기를 전도하지만 Kevlar®와 유리 섬유는 그렇지 않습니다. Kevlar®는 송전탑의 지지선에 사용됩니다. 물은 전기가 통하지 않지만 물을 흡수하고 물은 전기가 통합니다. 따라서 이러한 응용 분야에서는 Kevlar 위에 방수 코팅을 적용해야 합니다.
탄소 섬유는 전기를 전도하기 때문에 다른 금속 부품과 접촉하면 갈바닉 부식이 문제가 됩니다.
5. UV 열화
아라미드 섬유는 햇빛과 높은 UV 환경에서 분해됩니다. 탄소 또는 유리 섬유는 자외선에 그다지 민감하지 않습니다. 그러나 에폭시 수지와 같이 일반적으로 사용되는 일부 기판은 햇빛에 노출되면 희끄무레해지고 강도가 떨어집니다. 폴리에스터와 비닐에스터 수지는 자외선에 강하지만 에폭시 수지보다 약합니다.
6. 항피로
부품을 반복적으로 구부리고 펴면 피로로 인해 결국 파손됩니다. 탄소 섬유는 피로에 다소 민감하고 치명적으로 파손되는 경향이 있는 반면 Kevlar®는 피로에 더 강합니다. 유리 섬유는 그 사이 어딘가에 있습니다.
7. 내마모성
Kevlar®는 내마모성이 매우 강하여 절단하기 어렵습니다. Kevlar®의 일반적인 용도 중 하나는 손이 유리에 베이거나 날카로운 칼날이 사용되는 영역에서 보호 장갑으로 사용하는 것입니다. 탄소 섬유와 유리 섬유는 저항력이 떨어집니다.
8. 내약품성
아라미드 섬유는 강산, 강염기 및 섬유 열화를 일으킬 수 있는 차아염소산나트륨과 같은 특정 산화제에 민감합니다. 일반적인 염소 표백제(예: Clorox®) 및 과산화수소는 Kevlar®와 함께 사용할 수 없으며 산소 표백제(예: 과붕산나트륨)는 아라미드 섬유를 손상시키지 않고 사용할 수 있습니다.
탄소 섬유는 매우 안정적이며 화학적 분해에 둔감합니다. 그러나 에폭시 매트릭스는 저하됩니다.
9. 매트릭스 본딩 성능
탄소 섬유, Kevlar® 및 유리가 최적의 성능을 발휘하려면 일반적으로 에폭시와 같은 매트릭스에 제자리에 고정되어야 합니다. 따라서 다양한 섬유와 함께 결합하는 에폭시 수지의 능력이 중요합니다.
탄소 섬유와 유리 섬유는 모두 에폭시에 쉽게 달라붙지만 아라미드 섬유-에폭시 결합은 원하는 만큼 강하지 않으며 이렇게 감소된 접착력으로 인해 수분 침투가 발생할 수 있습니다. 결과적으로 아라미드 섬유는 물을 흡수하는 경향이 있으며, 이는 에폭시에 대한 이상적인 접착력보다 낮기 때문에 Kevlar® 합성물의 표면이 손상되어 물이 들어갈 수 있는 경우 Kevlar®가 섬유를 따라 수분을 흡수할 수 있음을 의미합니다. 복합 재료를 약화시킵니다.
