UD (단방향) 탄소 섬유 직물의 공급 업체로서, 나는 종종 제품의 섬유 부피 분율에 대한 문의를 종종 만나게됩니다. 이 중요한 매개 변수는 UD 탄소 섬유 직물의 성능 및 적용에 큰 영향을 미치며, 제조업체와 최종 사용자 모두에게 필수적입니다.
섬유 부피 분획이란 무엇입니까?
섬유 부피 분율 (VF)은 섬유 및 매트릭스 (보통 수지)를 포함하는 복합 재료의 총 부피에서 탄소 섬유 부피의 비율을 나타냅니다. 백분율로 표현됩니다. 예를 들어, UD 탄소 섬유 직물 복합재가 섬유 부피 분율이 60% 인 경우, 복합재 총 부피의 60%가 탄소 섬유에 의해 점유되고 나머지 40%는 수지 매트릭스임을 의미합니다.
섬유 부피 분획은 UD 탄소 섬유 직물 복합재의 기계적 특성의 주요 결정 요인이다. 더 높은 섬유 부피 분획은 일반적으로 강도, 강성 및 피로 저항과 같은 더 나은 기계적 성능을 초래합니다. 이는 탄소 섬유가 수지 매트릭스에 비해 매우 강하고 뻣뻣하기 때문입니다. 그러나, 처리 한계로 인해 매우 높은 섬유 부피 분획을 달성하는 것은 어려울 수 있습니다.
섬유 부피 분율 측정
UD 탄소 섬유 직물의 섬유 부피 분율을 측정하는 몇 가지 방법이 있습니다. 일반적인 접근법 중 하나는 화상 오프 방법입니다. 이 방법에서, 복합재의 샘플에 무게가 측정 된 다음, 고온 (보통 약 500-600 ℃)에서 용광로에서 가열되어 수지 매트릭스를 연소시킨다. 수지가 완전히 연소 된 후 나머지 탄소 섬유의 무게가 다시 무게가됩니다. 섬유 부피 분획은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
[v_f = \ frac {w_f/\ rho_f} {w_f/\ rho_f + w_m/\ rho_m}]
여기서 (w_f)는 섬유의 무게, (\ rho_f)는 탄소 섬유의 밀도이며 (w_m)은 행렬의 중량이고 (\ rho_m)은 행렬의 밀도입니다.
또 다른 방법은 산 소화 방법입니다. 이 과정에서, 복합 샘플은 탄소 섬유에 영향을 미치지 않고 수지 매트릭스를 용해시킬 수있는 강산에 침지된다. 수지가 용해 된 후, 섬유는 분리, 건조 및 무게를 측정합니다. 화상 - 오프 방법과 유사하게, 섬유 부피 분획은 섬유 및 매트릭스의 가중치 및 밀도에 따라 계산 될 수있다.
섬유 부피 분율에 영향을 미치는 요인
제조 공정
UD 탄소 섬유 직물의 제조 공정은 섬유 부피 분획에 상당한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 핸드 레이 - 업 프로세스에서는 수동 프로세스이기 때문에 높은 섬유 부피 분획을 달성하기가 상대적으로 어렵고 더 많은 공극과 고르지 않은 수지 분포가있을 수 있습니다. 한편, RTM (Resin Transfer Molding) 및 Autoclave Golding과 같은 공정은 더 높은 섬유 부피 분획을 달성 할 수 있습니다. RTM에서, 수지는 프리 - 배치 탄소 섬유를 압력 아래 함유하는 금형에 주입하여 공기를 대체하고보다 균일 한 수지 분포를 보장하는 데 도움이된다. 오토 클레이브 성형은 열과 압력을 모두 적용하여 섬유를 추가로 압축하고 공극을 감소시켜 섬유 부피 분율이 높아집니다.
섬유 아키텍처
UD 직물에서 탄소 섬유의 구조는 또한 섬유 부피 분율에도 영향을 미칩니다. 우물 - 정렬 된 UD 직물에서, 섬유는 더 밀도로 포장되어 더 높은 섬유 부피 분획을 허용 할 수있다. 그러나 섬유가 잘못 정렬되거나 크림프가 많으면 높은 섬유 부피 분율을 달성하기가 더 어려워집니다.
수지 점도
복합재에 사용 된 수지의 점도는 또 다른 중요한 요소입니다. 높은 점도가 높은 수지는 탄소 섬유 사이에 쉽게 흐르지 않을 수 있으며, 불완전한 함침 및 더 낮은 섬유 부피 분획을 초래할 수 있습니다. 낮은 점도 수지는 일반적으로 섬유 다발에 더 잘 침투 할 수 있기 때문에 일반적으로 선호되어 수지의 균일 한 분포와 더 높은 달성 가능한 섬유 부피 분율이 나타납니다.
다른 응용 분획에서 섬유 부피 분획의 중요성
항공 우주 산업
항공 우주 산업에서, 섬유 부피 분율이 높은 UD 탄소 섬유 직물 복합재가 고도로 인기를 얻고있다. 항공기 날개 및 동체와 같은 구성 요소에는 강도 - ~ 중량 및 강성 인 중량 비율이 높은 재료가 필요합니다. 더 높은 섬유 부피 분획은 복합재에 더 많은 하중 - 베어링 탄소 섬유가 존재 함을 의미하며, 이는 항공 우주 성분의 기계적 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 이는 항공기의 무게를 줄이고 연료 소비를 낮추고 효율성을 높이는 데 도움이됩니다.
자동차 산업
자동차 산업에서 UD 탄소 섬유 직물은 바디 패널, 섀시 구성 요소 및 드라이브 샤프트와 같은 높은 성능 부품을 제조하는 데 사용됩니다. 섬유 부피 분획이 높을수록 이러한 부품의 강도와 강성을 향상시켜 차량의 전반적인 성능과 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 또한, 섬유 부피 분획이 높은 탄소 섬유 복합재의 경량 특성은 더 나은 연비와 빠른 가속도에 기여할 수 있습니다.
토목 공학
토목 공학에서 UD 탄소 섬유 직물은 종종 기존 구조물을 강화하는 데 사용됩니다. 예를 들어,빔에 대한 탄소 포장일반적인 응용 프로그램입니다. 이 응용 분야에 사용 된 탄소 섬유 직물의 섬유 부피 분율은 부하 - 운반 용량에 영향을 미칩니다. 더 높은 섬유 부피 분획은 빔에 더 큰 강화를 제공하여 강도와 내구성을 높일 수 있습니다.
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참조
- Callister, WD, & Rethwisch, DG (2011). 재료 과학 및 공학 : 소개. 와일리.
- Agarwal, BD, Broutman, LJ 및 Chandrashekhara, K. (2006). 섬유 복합재의 분석 및 성능. 와일리.
- Hull, D., & Clyne, TW (1996). 복합 재료 소개. 케임브리지 대학교 출판부.