탄소섬유의 가장 중요한 특징은 강도, 강성, 경량성입니다. 탄소 섬유는 수천 개의 개별 필라멘트를 포함하는 "토우" 형태의 매우 미세한 결정질 탄소 필라멘트로 구성됩니다. 이 실 같은 가닥은 다양한 직조의 천으로 함께 짜여집니다. 탄소 섬유 천 층을 서로 접착하여 탄소 섬유 판이나 시트로 만들면 탄소 섬유 라미네이트가 매우 강해집니다. 그럼 얼마나 강한가요?
탄소섬유의 강점
탄소섬유는 강철보다 2배 더 단단하고 5배 더 강합니다. 탄소 섬유는 스테인레스 스틸보다 더 강하고 단단하지만 더 가볍기 때문에 이상적인 제조 재료입니다.
탄소섬유의 강성과 강도 분류
인장 계수는 "축을 따른 응력(단위 면적당 힘) 대 해당 축을 따른 변형률(초기 길이에 대한 변형 비율)의 비율"로 정의됩니다. 강성이라고도 알려진 인장 계수는 응력이 재료의 인장 강도보다 낮은 한 재료의 신장 또는 압축을 예측할 수 있습니다.
탄소섬유는 섬유의 인장탄성률에 따라 분류됩니다. 영국식 측정 단위는 단면적 평방 인치당 힘의 파운드이며 psi(또는 천 psi의 경우 ksi, 백만 psi의 경우 MSI)로 축약됩니다. 탄소 섬유 분류에는 저탄성률, 표준 탄성률, 중간 탄성률, 고탄성률 및 초고탄성률의 5가지 분류가 있습니다.
| 탄소섬유 클래스 | 낮은 모듈러스 | 표준 계수 | 중간 모듈러스 | 높은 모듈러스 | 초고탄성률 |
| 인장 탄성률 GPa | <227 | 227 | 289 | 393 | 758 |
| 인장 탄성률 MSI | <33 | 33 | 42 | 57 | 110 |
적층 탄소 섬유 에폭시 시트 또는 플레이트의 강성과 강도는 다음에 의해 결정됩니다.
탄소섬유 소재의 특성
섬유의 레이업 일정(섬유 배향, 직조 유형 및 라미네이트 플라이의 두께)
섬유/수지 비율
균형 잡힌 대칭 0/90deg 레이업 일정에 대한 인장 계수에 대한 적절한 추정치는 10 MSi(70 GPA)입니다. 동일한 레이업의 인장 강도에 대한 적절한 추정치는 87 KSI(600 MPA)입니다.
이에 비해 강철의 인장 계수는 약 29MSI(200GPa)이고 인장 강도는 61KSI(420MPA)입니다. 알루미늄의 인장 계수는 약 10MSI(69GPa)이고 인장 강도는 40KSI(276MPA)입니다.
아래 표에서 알 수 있듯이 탄소섬유 적층판은 비인장강도와 비강성이 가장 높습니다.
| 재료 | 인장 탄성률 GPa | 인장 강도 MPa | 밀도 g/cm23 | 비인장강도 파엠3/kg |
비인장탄성률 MPa·m3/kg |
| 알류미늄 | 69 | 276 | 2.7 | 102 | 25.5 |
| 강철 | 200 | 420 | 7.9 | 53 | 25.3 |
| 탄소섬유 라미네이트 | 70 | 600 | 1.5 | 400 | 46.7 |
초고탄성 탄소 섬유는 표준 탄성률보다 약 3배 더 단단하지만 그만큼 강하지는 않습니다. 또한, 탄소섬유는 강철이나 알루미늄에 비해 내피로성이 우수합니다. 또한 적절한 수지와 결합하면 탄소 섬유는 시장에서 가장 부식에 강한 소재 중 하나입니다.
