탄소 섬유란 무엇입니까?
탄소섬유는 네트워크 구조를 갖는 흑연과 같은 장쇄 탄소 단위입니다. 탄소의 장쇄 네트워크 단위는 탄소 원자의 연결 특성, 즉 유사한 원소의 원자 연결로 인해 발생합니다.
Thomas Elva Edison은 천연 면을 사용하여 전구의 전기 필라멘트 테스트를 위한 최초의 탄소 필라멘트를 만든 것으로 알려져 있습니다.
전구체는 탄소 섬유 생산에 사용되는 원료 요소입니다.
탄소 섬유는 어떻게 만들어 집니까?
대부분의 탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN)이라는 공정으로 만들어집니다. 이 과정에서 섬유 시트는 탄소 자체를 제외한 거의 모든 것이 타버릴 정도로 높은 열에 노출됩니다.
일반 탄소 섬유 제조 단계:
1: 중합: 장쇄 폴리머를 만들기 위해 전구체가 중합됩니다.
2: 방사: 그 후 폴리머를 긴 섬유로 방사합니다. 화학적, 기계적 절차가 일반적으로 사용됩니다.
3: 산화: 공기 중에서 가열하여 섬유를 안정화시킵니다. 공기 중의 산소를 흡수하고 정교한 원자 재배열 과정을 거쳐 섬유를 안정화시킵니다.
4: 탄화: 산소가 없는 상태에서 산화되고 안정화된 섬유를 고온 처리하면 비탄소 원자가 손실되어 촘촘하게 채워진 탄소 섬유가 생성됩니다.
5: 표면 처리: 탄화 섬유는 접착력이 좋지 않아 에폭시 수지와 결합하여 복합재를 생산하기가 어렵습니다. 이러한 결합 능력을 얻기 위해 표면은 적절한 화학 물질로 처리됩니다.
6: 사이징: 보호를 위해 섬유를 에폭시, 나일론, 폴리에스터 및 기타 재료로 코팅합니다. 이것을 크기 조정이라고 합니다.
그런 다음 탄소 섬유 원판을 다른 금속과 병합하고(탄소 섬유 전도성을 이해하는 데 중요한 부분) 생성된 화합물을 화학 공정을 통해 처리하고 크기를 정합니다.
이 프로세스는 심층적이므로 비용이 많이 듭니다.
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탄소 섬유는 자체적으로 전도성이 있습니까?
아니요, 탄소 섬유는 열 전도성이나 전기 전도성 측면에서 다른 어떤 것과 결합하지 않으면 전도성이 그다지 높지 않습니다.
열전도율(열을 전도하는 능력)에 있어서 탄소섬유는 평균입니다. 상대적으로 고품질의 탄소섬유는 실리콘만큼 열전도율이 높으며, 최고급 탄소섬유라도 알루미늄보다 열전도율이 낮습니다.
일반 오래된 탄소 섬유는 전기 전도 측면에서 약간 더 우수하지만 여전히 대부분의 금속만큼 전도성은 아닙니다. 전기 전도체로 사용되는 경우 탄소 섬유를 다른 금속과 함께 엮거나 다이아몬드나 흑연과 같이 전기 전도성이 더 높은 탄소 동소체를 만들어 탄소 섬유를 변형하는 것이 가장 좋습니다.
탄소 섬유를 어떻게 전도성을 높일 수 있습니까?
전기 전도성을 높이려면 탄소섬유를 분리한 후 다른 재료로 처리해야 합니다. 전도성을 높이기 위해 탄소 섬유와 결합할 수 있는 가장 좋은 화합물은 이온 전도성(액체를 통해)을 위한 라텍스와 전자 전도성(고체를 통해)을 위한 실리카 흄입니다.
탄소 섬유 -- 다이아몬드보다 열을 훨씬 더 잘 전도하는 탄소 동소체가 있으며, 특히 일반 탄소 섬유보다 최대 100배 더 효과적으로 열을 전도합니다. 이러한 동소체를 생성하는 것은 쉽지 않지만 변형을 가능하게 하는 압력, 열 및 기타 화학 반응과 관련된 과정이 있습니다. 탄소섬유가 준비되었을 때 이러한 탄소 동소체로 처리하면 탄소섬유의 열전도율이 몇 배로 증가할 수 있습니다.
그렇다면 탄소섬유는 전도성이 있는 걸까요? 기본 상태에서는 그다지 많지 않지만 약간의 과학을 통해 쉽게 바뀔 수 있습니다.
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탄소섬유는 금속과 비교했을 때 전도성이 있나요?
그 자체로는 아닙니다. 하지만 다른 금속으로 처리하면 그렇습니다.
탄소섬유 자체는 금속에 비해 전기를 잘 전달하지 못합니다. 실제로 대부분의 금속은 일반 탄소 섬유와 마찬가지로 약 1000x의 전기를 전도합니다. 다른 재료로 처리하더라도 탄소섬유는 전기 전도 측면에서 여전히 금속만큼 좋지 않습니다. 은, 알루미늄, 구리와 같은 금속은 특히 전기 전도성이 뛰어나며, 좋은 전기 전도체로 처리된 탄소 섬유보다 약 100배 빠릅니다.
열 에너지를 전도하는 것은 다른 이야기입니다. 잘 만들고 올바르게 처리하면 탄소 섬유는 실제로 구리와 같은 전도성이 높은 금속보다 열 전도성이 더 높습니다.
전도성 탄소 섬유의 용도는 무엇입니까?
처리된 탄소섬유는 헬멧, 여행가방 등 가볍고 내구성이 뛰어난 고급 품목에 사용됩니다. 그러나 탄소 섬유의 전도성은 엔지니어링 및 항공우주 프로젝트의 컨테이너 사이딩과 같은 보다 산업적인 용도에서 빛을 발합니다.
과학은 여전히 탄소 섬유의 전기 전도성을 향상시키기 위해 노력하고 있습니다. 탄소섬유 제품은 금속선에 비해 내구성과 내열성이 뛰어나고 경량이며 크기가 작기 때문에 앞으로 탄소섬유 제품이 도체로 많이 활용될 것으로 예상된다.
탄소 섬유에는 놀라운 특성이 많이 있습니다. 그 중 하나는 다른 금속 복합재로 처리할 때 열 또는 전기 전도체로서의 놀라운 능력입니다.
