탄소 섬유 강화 폴리머

Carbon-fiber-reinforced polymers
"탄소섬유"는 여기서 리다이렉트 됩니다.탄소섬유는 탄소섬유를 참조하십시오.
무선 조종 헬리콥터의 꼬리, CFRP제

탄소섬유강화폴리머(미국식 영어), 탄소섬유강화폴리머(영국식 영어), 탄소섬유강화플라스틱(CFRP, CRP, CFRTP), 탄소섬유강화플라스틱(CFRP, CRP, CFRTP)은 탄소섬유강화플라스틱(CFRP, CRP, CFRP)이라고도 하며 탄소섬유강화합물 또는 탄소섬유강화플라스틱을 함유하는 매우 강하고 탄소섬유강화플라스틱이다.CFRP는 제작 비용이 많이 들 수 있지만, 항공우주, 선박 상부구조, 자동차, 토목공학, 스포츠 장비, 증가하는 소비자 및 기술 [1]응용 분야와 같이 고강도 대 중량 비율과 강성(강성)이 필요한 곳이라면 어디에서나 일반적으로 사용됩니다.

결합 폴리머는 에폭시와 같은 열경화성 수지이지만 폴리에스테르, 비닐에스테르 또는 나일론과 같은 다른 열경화성 폴리머 또는 열가소성 폴리머가 사용되기도 합니다.최종 CFRP 제품의 특성은 결합 매트릭스(수지)에 도입된 첨가제 유형에 따라 영향을 받을 수 있습니다.가장 일반적인 첨가물은 실리카이지만 고무나 탄소나노튜브와 같은 다른 첨가물을 사용할 수 있다.

탄소 섬유는 흑연 강화 폴리머 또는 흑연 섬유 강화 폴리머라고 불리기도 합니다(GFRP는 유리 강화 폴리머와 충돌하기 때문에 일반적이지 않습니다).

특성.

CFRP는 복합 재료입니다.이 경우 합성물은 매트릭스와 철근의 두 부분으로 구성됩니다.CFRP에서 보강재는 탄소 섬유이며, 탄소 섬유는 강도를 제공합니다.매트릭스는 보통 에폭시와 같은 보강재를 [2]결합하는 고분자 수지입니다.CFRP는 두 개의 서로 다른 요소로 구성되기 때문에 재료 특성은 이 두 가지 요소에 따라 달라집니다.

철근은 응력과 탄성률로 측정한 강도와 강성을 CFRP에 부여합니다.강철이나 알루미늄과 같은 등방성 재료와 달리 CFRP는 방향 강도 특성이 있습니다.CFRP의 특성은 탄소섬유의 레이아웃과 [3]중합체에 대한 탄소섬유의 비율에 따라 달라집니다.탄소섬유와 폴리머 매트릭스의 특성을 이용하여 복합재료의 순탄성계수를 지배하는 두 개의 다른 방정식을 탄소섬유 강화 [4]플라스틱에도 적용할 수 있다.다음 방정식은

는 적용되는 하중의 방향으로 파이버가 배향된 복합재료에 유효합니다. c{ E _ { } 、 m f （ style V{ m } V ） 、 V f （ { f } 、 f） ri ri ri ri ri ri ri ri ririririririri ri ri ri ri ri riririririririririri ririri riririririririririririririririririririx와 fiber가 [4]각각 표시됩니다.가해진 하중을 가로로 향하는 섬유를 가진 복합체의 탄성 계수의 또 다른 극단적인 경우는 다음 [4]방정식을 사용하여 구할 수 있다.

탄소 섬유 강화 플라스틱의 파괴 인성은 1) 탄소 섬유와 폴리머 매트릭스 간의 디본딩, 2) 섬유 추출 및 3) CFRP [5]시트 간의 박리 메커니즘에 의해 제어됩니다.일반적인 에폭시 기반 CFRP는 가소성이 거의 없으며 고장 시 변형률은 0.5% 미만입니다.에폭시가 포함된 CFRP는 높은 강도와 탄성 계수를 가지고 있지만, 고장이 [5]치명적으로 발생하기 때문에 부서지기 쉬운 파괴 역학은 고장 검출에 있어 엔지니어에게 고유한 문제를 제기합니다.이와 같이 CFRP를 강화하기 위한 최근의 노력에는 기존 에폭시 재료의 수정과 대체 폴리머 매트릭스의 발견이 포함된다.이러한 가능성이 높은 재료 중 하나는 PEEK입니다. PEEK는 유사한 탄성 계수 및 인장 [5]강도로 인성이 매우 높습니다.그러나 PEEK는 처리하기가 훨씬 어렵고 비용이 [5]더 많이 듭니다.

초기 강도 대 중량 비율이 높음에도 불구하고 CFRP의 설계 한계는 정의 가능한 피로 한계가 없다는 것이다.이는 이론적으로 스트레스 주기 장애를 배제할 수 없음을 의미합니다.강철 및 기타 많은 구조용 금속 및 합금에는 추정 가능한 피로 또는 내구성 한계가 있지만 복합 재료의 복잡한 고장 모드는 CFRP의 피로 파괴 특성을 예측하고 설계하기 어렵다는 것을 의미한다.그 결과, 중요한 순환 부하 애플리케이션에 CFRP를 사용할 때, 엔지니어는 사용 수명 전체에 걸쳐 적절한 구성 요소의 신뢰성을 제공하기 위해 상당한 강도 안전 여유를 설계해야 할 수 있다.

온도 및 습도와 같은 환경 영향은 대부분의 CFRP를 포함한 폴리머 기반 복합 재료에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.CFRP는 뛰어난 내식성을 보이는 반면, 광범위한 온도에서 [6]습기의 영향은 특히 매트릭스-파이버 인터페이스에서의 CFRP의 기계적 특성 저하로 이어질 수 있습니다.탄소섬유 자체는 물질로 확산되는 수분의 영향을 받지 않지만, 수분은 폴리머 [5]매트릭스를 가소화한다.이는 압축, 층간 전단 및 충격 [7]특성 등 CFRP의 매트릭스에 의해 주로 영향을 받는 특성에서 상당한 변화를 가져왔다.엔진 팬 블레이드에 사용되는 에폭시 매트릭스는 제트 연료, 윤활유 및 빗물에 대해 차수되도록 설계되었으며 복합재 부품에 외부 페인트를 도포하여 자외선 [5][8]피해를 최소화합니다.

탄소 섬유는 CRP 부품을 알루미늄 또는 연강에는 부착하지만 스테인리스강이나 [9]티타늄에는 부착하지 않을 경우 갈바닉 부식을 일으킬 수 있습니다.

탄소 섬유 강화 플라스틱은 기계 가공이 매우 어려우며 상당한 공구 마모를 일으킵니다.CFRP 가공의 공구 마모는 절삭 공정의 섬유 방향과 가공 조건에 따라 달라집니다.공구 마모를 줄이기 위해 CFRP 및 CFRP-금속 [1]스택 가공에는 다양한 유형의 코팅 공구가 사용됩니다.

제조하다

탄소섬유강화폴리머

CFRP의 주요 원소는 탄소 필라멘트이며, 이는 폴리아크릴로니트릴(PAN), 레이온 또는 석유 피치와 같은 전구체 폴리머에서 생산됩니다.PAN 또는 레이온과 같은 합성 고분자의 경우, 전구체를 먼저 필라멘트실로 방적하고, 화학 및 기계적 과정을 사용하여 완성된 탄소섬유의 최종 물리적 특성을 향상시키는 방식으로 고분자 사슬을 초기에 정렬합니다.필라멘트 실을 방적하는 동안 사용되는 전구체 조성물 및 기계적 공정은 제조업체마다 다를 수 있습니다.그 후, 연신 또는 방적 후에, 폴리머 필라멘트 실을 가열해 비탄소 원자(탄화)를 제거해, 최종 탄소섬유를 생성한다.탄소 섬유 필라멘트 실은 취급 품질을 개선하기 위해 추가로 처리된 후 보빈에 [10]감길 수 있습니다.이러한 파이버로부터 단방향 시트가 작성됩니다.이러한 시트는 예를 들어 0°, +60°와 같은 준등방성 레이업으로 서로 겹친다.또는 -60°(서로 상대).

소섬유로부터 쌍방향 직물 시트, 즉 2/2 직물의 트윌을 작성할 수 있다.대부분의 CFRP가 만들어지는 과정은 제작되는 조각, 필요한 마감(외부 광택) 및 제작되는 조각의 수에 따라 달라집니다.또한 행렬의 선택은 완성된 복합체의 특성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

많은 CFRP 부품은 섬유 유리로 뒷받침된 탄소 섬유로 이루어진 단일 층으로 제작됩니다.이러한 복합 부품을 신속하게 만들기 위해 초퍼건이라고 불리는 도구가 사용됩니다.탄소섬유로 얇은 껍질이 만들어지면 초퍼건은 섬유유리 롤을 짧은 길이로 자르고 동시에 수지를 분사해 섬유유리와 수지가 그 자리에서 섞인다.수지는 경화제와 수지를 별도로 분사하는 외부 혼합물 또는 사용 후 세척이 필요한 내부 혼합물입니다.제조 방법에는 다음이 포함됩니다.

성형

CFRP 부품을 제조하는 방법 중 하나는 탄소섬유 천 시트를 최종 제품 형상의 금형으로 적층하는 것입니다.천 섬유의 정렬과 짜임은 결과물의 강도와 강성 특성을 최적화하기 위해 선택됩니다.금형은 에폭시로 채워지고 가열되거나 공기 경화됩니다.결과적으로 발생하는 부품은 부식에 강하고, 단단하며, 무게에 비해 강합니다.덜 중요한 영역에서 사용되는 부품은 금형 위에 천을 덮어 에폭시를 섬유에 미리 함침(프리프레그라고도 함)하거나 그 위에 "도색"하여 제조됩니다.단일 금형을 사용하는 고성능 부품은 진공 포장 및/또는 고압 멸균 처리되는 경우가 많습니다. 재료의 작은 기포도 강도를 감소시키기 때문입니다.오토클레이브 방법의 대안은 경화되지 않은 적층 탄소섬유 내부에서 팽창 가능한 에어블래더 또는 EPS 폼을 통해 내부 압력을 사용하는 것입니다.

진공 배깅

비교적 복사가 적은 간단한 조각(1일 1~2장)에는 진공 백을 사용할 수 있습니다.유리섬유, 탄소섬유 또는 알루미늄 금형을 연마 및 왁스 가공하고, 원단 및 수지를 도포하기 전에 이형제를 도포하여 진공이 당겨져 한쪽으로 치워져 경화(경화)되도록 한다.수지를 진공 몰드에서 원단에 도포하는 방법은 세 가지가 있습니다.

첫 번째 방법은 수동 방식으로 습식 레이업이라고 불리며, 2부 레진을 혼합하여 도포한 후 금형에 레이업한 후 봉투에 넣습니다.다른 하나는 주입에 의해 행해지는데, 건조된 직물과 금형을 봉투 안에 넣고 진공이 수지를 작은 튜브를 통해 봉투 안으로 끌어당긴 다음 구멍이 있는 튜브나 비슷한 것을 통해 수지를 천 전체에 고르게 펴 바릅니다.와이어 직기는 가방 안에 구멍이 필요한 튜브에 딱 맞습니다.두 가지 수지 도포 방법 모두 매우 작은 핀홀로 광택 마감하기 위해 수작업으로 수지를 균일하게 펴 발라야 합니다.

복합 재료를 구성하는 세 번째 방법은 드라이 레이업이라고 합니다.여기에서 탄소섬유 재료는 이미 수지(프리프레그)를 함침하여 접착필름과 동일하게 금형에 도포된다.그런 다음 어셈블리를 진공에 넣어 경화시킵니다.건식 레이업 방법은 수지 폐기물의 양이 가장 적고 습식 레이업보다 가벼운 시공이 가능합니다.또한 습식 레이업 방법으로는 대량의 수지를 블리딩하기 어렵기 때문에 프리프레그 부품은 일반적으로 핀홀이 적습니다.최소의 수지로 핀홀을 제거하기 위해서는 일반적으로 잔류 가스를 제거하기 위해 고압 클레이브 압력을 사용해야 합니다.

압축 성형

보다 빠른 방법은 일반적으로 탄소 섬유 단조라고도 하는 압축 금형을 사용합니다.이것은 2개(수컷 및 암컷) 또는 멀티피스 금형으로, 보통 알루미늄 또는 강철로 제조되며 최근에는 3D 프린팅 플라스틱으로 제작됩니다.금형 구성요소는 내부 캐비티에 적재된 섬유 및 수지와 함께 압착되어 최종적으로 원하는 구성요소가 됩니다.이점은 전체 프로세스의 속도입니다.BMW와 같은 일부 자동차 제조업체들은 새로운 부품을 80초마다 사이클링할 수 있다고 주장했다.그러나 이 기술은 금형에 매우 높은 정밀도의 CNC 가공이 필요하기 때문에 초기 비용이 매우 높습니다.

필라멘트 권선

어렵거나 복잡한 형상의 경우 필라멘트 와인더를 사용하여 맨드렐 또는 코어에 필라멘트를 감아 CFRP 부품을 만들 수 있습니다.

적용들

CFRP 신청에는 다음이 포함된다.

항공우주공학

탄소섬유를 테마로 한 에어버스 A350.복합 재료는 A350 전체에서 광범위하게 사용됩니다.

Airbus A350 XWB는 52%의[11] CFRP로 제작되었으며,[12] 이 중량이 50%인 항공기에 가장 높은 보잉 787 드림라이너를 추월했다.이것은 복합 재료로 만들어진 날개 첨자를 가진 최초의 상업용 항공기 중 하나였다.에어버스 A380은 CFRP로 만들어진 중앙 날개 박스를 가진 최초의 상업용 여객기 중 하나이며, 날개를 스팬 방향으로 분할하는 대신 날개 단면을 부드럽게 경사진 것은 처음이다.이러한 연속적인 단면은 공기역학적 [citation needed]효율을 최적화합니다.또한 후방 벌크헤드, 엠펜니지 및 가압되지 않은 동체와 함께 후단 가장자리는 CFRP로 [13]제작됩니다.그러나, 이러한 부품의 제조상의 문제로 인해, 주문 납기가 늦어지고 있습니다.CFRP를 사용하는 많은 항공기는 CFRP 구성품을 만드는 데 사용되는 비교적 새로운 프로세스로 인해 인도 날짜 지연을 경험하는 반면 금속 구조는 수년간 연구되어 기체 프레임에 사용되었으며 그 과정은 비교적 잘 이해되고 있다.CFRP의 [14]특이한 복합 재료 및 이방성 특성으로 인해 새로운 방법이 지속적으로 조사되는 구조적 노화의 모니터링이다.

1968년 BOAC가 [15]운영하는 Vickers VC10의 롤스로이스 콘웨이에서 Hyfil 탄소 섬유 팬 조립체가 서비스되었습니다.

전문 항공기 설계자와 제조사인 Scaled Composite는 최초의 민간 승무원 우주선인 Craft One을 포함하여 설계 범위 전반에 걸쳐 CFRP를 광범위하게 사용해 왔습니다.CFRP는 중량 대비 강도가 높기 때문에 마이크로 에어 차량(MAV)에 널리 사용됩니다.

자동차 공학

1971년 랠리 오브 모로코에서 탄소섬유 휠로 우승한 시트로엥 SM
1996년 McLaren F1 – 최초의 카본 파이버 바디 쉘
McLaren MP4(MP4/1), 최초의 카본 파이버 F1 차량.

CFRP는 고급 자동차 [16]경주에서 광범위하게 사용됩니다.탄소섬유의 고비용은 소재의 타의 추종을 불허하는 강도 대 중량 비율에 의해 완화되며, 저중량은 고성능 자동차 경주에서 필수적입니다.레이스카 메이커도, 카본 파이버 조각에 일정한 방향의 강도를 주는 방법을 개발해, 부하가 걸리는 방향에서는 강하지만, 부하가 거의 가해지지 않는 방향에서는 약하다.반대로 제조업체들은 모든 방향으로 강도를 가하는 전방향 탄소 섬유 직물을 개발했습니다.이러한 유형의 탄소 섬유 어셈블리는 고성능 경주용 자동차의 "안전 셀" 모노코크 섀시 어셈블리에 가장 널리 사용됩니다.최초의 탄소 섬유 모노코크 섀시는 1981년 McLaren에 의해 포뮬러 원에서 소개되었습니다.존 바너드가 디자인한 이 차는 [17]차체의 강성이 뛰어나 다음 시즌에도 다른 F1 팀들에 의해 널리 모방되었다.

지난 수십 년간 많은 슈퍼카들이 제조 과정에서 CFRP를 광범위하게 채택하여 모노코크 섀시 및 기타 [18]구성 요소에 사용하고 있습니다.1971년까지 시트로엥 SM은 경량 탄소 섬유 [19][20]휠을 옵션으로 제공했습니다.

대부분의 제품에 사용된 유리 강화 폴리머에 비해 강도가 높아지고 무게가 줄어들어 일부 고급 차량의 차체 패널 제작에 주로 이 재료를 사용한 저용량 제조업체들이 이 재료를 더 쉽게 채택하고 있습니다.

토목 공학

상세 정보:FRP의 구조적 응용

CFRP는 구조 공학 분야에서 주목할 만한 재료가 되었습니다.건설에서의 잠재적인 이점에 대해 학술적인 맥락에서 연구한 결과, 콘크리트, 석조, 강철, 주철 및 목재 구조를 강화하는 여러 현장 응용 분야에서 비용 효율이 높은 것으로 입증되었습니다.산업에서의 용도는 기존 구조물을 보강하기 위한 개조 또는 프로젝트 초기부터 강철 대신 대체 보강재(또는 프리스트레스)로 사용될 수 있습니다.

개조는 토목 공학에서 재료의 사용이 점차 우세해지고 있으며, 용도에는 현재보다 훨씬 낮은 서비스 하중을 견딜 수 있도록 설계된 오래된 구조물(교량 등)의 부하 용량 증가, 내진 개축 및 손상된 구조물의 수리 등이 포함됩니다.결함이 있는 구조물을 교체하는 비용이 CFRP를 [21]사용하는 강화 비용을 크게 초과할 수 있기 때문에 개조는 많은 경우에 인기가 있다.

굽힘을 위한 철근 콘크리트 구조물에 적용되는 CFRP는 일반적으로 강도에 큰 영향을 미치지만(단면의 강도가 두 배 이상 증가하는 것은 드문 일이 아니다), 강성의 완만한 증가(약 10% 증가)에 그친다.이는 이 용도에 사용되는 재료가 일반적으로 매우 강하기 때문입니다(예: 3,000MPa 최종 인장 강도, 10배 이상 연강). 그러나 특별히 강하지는 않습니다(일반적으로 강철보다 약간 낮은 150~250 GPa).그 결과, 재료의 작은 단면적만을 사용한다.강도가 매우 높지만 적당한 강성 재료는 강도를 크게 증가시키지만 강성은 증가시키지 않습니다.

CFRP를 적용하여 보강되는 단면에 직물이나 섬유를 감아 철근콘크리트의 전단강도를 높일 수도 있다.또한 (교량이나 건물 기둥과 같은) 단면을 감싸면 단면의 연성이 향상되어 지진 하중 시 붕괴에 대한 저항성이 크게 향상될 수 있다.이러한 '지진 개조'는 대체 방법보다 훨씬 경제적이기 때문에 지진이 일어나기 쉬운 지역에 주로 적용된다.

기둥이 원형(또는 거의 원형)인 경우 래핑을 통해 축 용량을 증가시킬 수도 있습니다.이 적용에서 CFRP 랩의 구속은 콘크리트의 압축 강도를 향상시킵니다.그러나 최종 붕괴 하중은 크게 증가하지만 콘크리트는 약간 강화된 하중에서만 균열이 발생하므로 이 용도는 가끔만 사용된다.특수 초고계수 CFRP(인장계수 420 GPa 이상)는 주철 빔을 강화하는 몇 안 되는 실용적인 방법 중 하나입니다.일반적으로 섹션의 인장 플랜지에 접합하여 섹션의 강성을 높이고 중성축을 낮추어 주철의 최대 인장응력을 크게 감소시킵니다.

미국에서는 프리스트레스 콘크리트 실린더 파이프(PCCP)가 송수관의 대부분을 차지하고 있습니다.직경이 크기 때문에 PCCP의 장애는 보통 치명적이며 많은 모집단에 영향을 미칩니다.1940년부터 2006년까지 약 19,000마일(31,000km)의 PCCP가 설치되었습니다.수소 메짐 형태의 부식은 많은 PCCP 라인에서 프리스트레스 와이어의 점진적인 열화의 원인으로 지목되어 왔습니다.지난 10년 동안 CFRP는 PCCP를 내부적으로 라인화하는 데 사용되어 완전한 구조 강화 시스템을 만들어 왔다.PCCP 라인 내에서 CFRP 라이너는 호스트 파이프에서 강철 실린더가 경험하는 변형률 수준을 제어하는 장벽 역할을 합니다.복합 라이너는 강철 실린더가 탄성 범위 내에서 성능을 발휘할 수 있도록 하여 파이프라인의 장기적인 성능을 유지합니다.CFRP 라이너 설계는 라이너와 호스트 [22]파이프 간의 변형률 호환성을 기반으로 합니다.

CFRP는 건설업계의 유리섬유강화폴리머(GFRP) 및 아라미드섬유강화폴리머(AFRP)보다 비용이 많이 드는 재료이지만 일반적으로 CFRP는 우수한 특성을 가진 것으로 간주됩니다.보강재 또는 프리스트레스 재료로서 보강재 및 강철의 대체재로 CFRP를 사용하는 것에 대한 많은 연구가 계속 이루어지고 있다.비용은 여전히 문제이며 장기적인 내구성 문제는 여전히 남아 있습니다.일부에서는 강철의 연성과 대조적으로 CFRP의 메짐성에 대해 우려하고 있습니다.설계 코드는 American Concrete Institute와 같은 기관에서 작성되었지만, 엔지니어링 업계에서는 이러한 대체 재료의 구현에 대해 다소 주저하고 있습니다.이는 부분적으로 표준화의 결여와 섬유와 수지 조합의 시장 내 고유성에 기인한다.

탄소 섬유 마이크로 전극

탄소섬유는 탄소섬유 미세전극의 제조에 사용된다.이 응용 프로그램에서는 일반적으로 직경 5~7μm의 단일 탄소 섬유가 유리 [23]모세관에 밀봉됩니다.선단부에서 캐피럴리를 에폭시로 밀봉하여 연마하여 탄소섬유디스크 마이크로전극으로 하거나 섬유질을 75~150μm 길이로 절단하여 탄소섬유 실린더 전극으로 한다.탄소섬유 마이크로전극은 생화학적 시그널링 검출을 위해 암페로메트리 또는 고속 스캔 사이클릭 볼탐메트리 중 하나로 사용된다.

스포츠 용품

탄소 섬유와 케블라 카누(애디론닥 카누 클래식 플라시드 보트웍스 래피드파이어)

CFRP는 현재 스쿼시, 테니스, 배드민턴 라켓, 스포츠 카이트 스페어, 고품질 화살축, 하키 스틱, 낚싯대, 서핑보드, 고급 수영 지느러미, 조정 조개 등의 스포츠 장비에 널리 사용되고 있습니다.조니 피콕과 같은 절단 수술을 받은 운동선수들은 달리기 위해 탄소 섬유 블레이드를 사용한다.그것은 발을 안정되게 유지하기 위해 일부 농구 운동화에서 정강이 판으로 사용되며, 보통 신발의 길이가 발바닥 바로 위에 있고, 어떤 부분, 보통 아치 안에 노출되어 있습니다.

논란의 여지가 있는 것은 2006년에 뒷면에 얇은 탄소 섬유층을 가진 크리켓 배트가 도입되어 리키 폰팅과 마이클 허시를 포함한 유명 선수들이 경쟁하는 경기에 사용되었다.탄소섬유는 박쥐의 내구성을 높인다고 주장됐지만 2007년 [24]ICC에 의해 모든 1등급 경기가 금지됐다.

CFRP 자전거 프레임의 무게는 동일한 강도를 가진 강철, 알루미늄 또는 티타늄 중 하나보다 작습니다.탄소 섬유 직물의 유형과 방향은 필요한 방향으로 강성을 최대화하도록 설계할 수 있습니다.프레임은 다양한 라이딩 스타일에 맞게 조정할 수 있습니다. 스프린트 이벤트에서는 보다 단단한 프레임이 필요한 반면 내구 이벤트에서는 보다 유연한 프레임이 장시간 [25]승차자의 편안함을 위해 필요할 수 있습니다.조립할 수 있는 형상이 다양해짐에 따라 강성이 더욱 높아지고 공기역학적 튜브 섹션도 가능해졌습니다.서스펜션 포크 크라운과 조향 장치, 핸들 바, 시트 포스트 및 크랭크 암을 포함한 CFRP 포크는 중형 및 고가 자전거에서 더욱 보편화되고 있습니다.CFRP 림은 여전히 고가이지만 알루미늄에 비해 안정성이 뛰어나 휠의 재진입 필요성을 줄이고 질량을 줄임으로써 휠의 관성 모멘트가 감소합니다.CFRP 스포크는 희귀하며 대부분의 카본 휠셋은 기존의 스테인리스강 스포크를 유지합니다.CFRP는 또한 탈선 부품, 브레이크 및 시프터 레버와 본체, 카세트 스프로킷 캐리어, 서스펜션 링크, 디스크 브레이크 로터, 페달, 신발 밑창 및 안장 레일과 같은 다른 구성 요소에서도 점점 더 많이 나타납니다.CFRP 컴포넌트의 충격, 오버토크 또는 부적절한 설치로 인해 균열과 고장이 발생하여 [26][27]수리가 어렵거나 불가능할 수 있습니다.

기타 응용 프로그램

Dunlop "Max-Grip" carbon fiber guitar picks. Sizes 1mm and Jazz III.
던롭 "Max-Grip" 카본 파이버 기타 픽.사이즈 1mm, 재즈 III.

탄소섬유의 밀도가 높고 콤팩트한 층이 [28]열을 효율적으로 반사하기 때문에 탄소섬유의 얇은 층을 표면 근처에 성형하면 폴리머와 열경화 복합체의 내화성이 크게 향상됩니다.

CFRP는 다음과 같은 강성과 저중량을 필요로 하는 고급 제품에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

  • 바이올린 활을 포함한 악기, 기타 픽, 목(탄소섬유봉), 픽 가드, 드럼 셸, 백파이프 체인터, 루이스와 클라크의 탄소섬유 첼로, 비올라, 바이올린과 같은 전체 악기, 블랙버드 기타의 어쿠스틱 기타와 우쿨렐레, 턴테이블과 스피커와 같은 오디오 컴포넌트.
  • 화기는 특정 금속, 목재 및 섬유 유리 부품을 대체하기 위해 사용되지만 현재 강화 플라스틱이 적합하지 않기 때문에 내부 부품의 대부분은 여전히 금속 합금으로 제한됩니다.
  • 고성능 드론 본체와 기타 무선 조종 차량 및 헬리콥터 로터 날개와 같은 항공기 구성품.
  • 삼각대 다리, 텐트 기둥, 낚싯대, 당구 단서, 지팡이, 창문 청소와 같은 높은 거리 기둥과 같은 경량 기둥.
  • 치과, 탄소 섬유 기둥은 근관 치료 치아를 복원하는 데 사용됩니다.
  • 여객 서비스를 위한 난간이 달린 열차 대차.이를 통해 금속 대차에 비해 최대 50%까지 중량을 줄일 수 있어 에너지 [29]절약에 기여합니다.
  • 노트북 셸 및 기타 고성능 케이스
  • 탄소 [30][31]직물
  • 양궁, 탄소 섬유 화살과 볼트, 스톡, 레일.
  • 3D 융착 모델링 프린팅 [32]공정의 필라멘트로서 탄소섬유 강화 플라스틱(폴리아미드-탄소 필라멘트)은 강도와 인열 [33]길이가 높아 견고하지만 가벼운 공구 및 부품의 생산에 사용됩니다.
  • CIPP 방법을 사용한 지역 난방 파이프 복구.

폐기 및 재활용

CFRP는 태양으로부터 보호되었을 때 사용 수명이 길다.CFRP를 해체할 때가 되면 많은 금속처럼 공기 중에 녹아내릴 수 없습니다.비닐(PVC 또는 폴리염화비닐) 및 기타 할로겐화 폴리머가 없는 경우 산소가 없는 환경에서 열적 탈중합으로 CFRP를 열분해할 수 있습니다.이는 정제소에서 한 번의 공정으로 달성할 수 있습니다.그러면 탄소 및 모노머를 회수하여 재사용할 수 있습니다.CFRP는 탄소섬유를 재활용하기 위해 저온에서 제분 또는 분쇄할 수도 있습니다.단, 이 프로세스를 통해 섬유가 극적으로 짧아집니다.다운사이클링된 종이와 마찬가지로, 섬유가 짧아져 재활용 재료가 원래 재료보다 약해집니다.전장 탄소 섬유 보강의 강도를 필요로 하지 않는 산업 용도가 여전히 많습니다.예를 들어, 잘게 썬 재생 탄소 섬유는 노트북과 같은 가전제품에 사용될 수 있습니다.항공 우주 부품에 대한 강도 대 중량비가 부족하더라도 사용되는 고분자의 우수한 보강을 제공합니다.

카본나노튜브강화폴리머(CNRP)

2009년 자이벡스 테크놀로지스는 카본나노튜브 강화 에폭시와 카본 [34]프리프레그를 선보였다.카본나노튜브강화폴리머(CNRP)는 CFRP보다 몇 배 강하고 견고하며 록히드 마틴 F-35 라이트닝 II에 항공기 [35]구조 재료로 사용됩니다.CNRP는 여전히 1차 보강재로 [36]탄소섬유를 사용하지만 결합 매트릭스는 카본 나노튜브로 채워진 [37]에폭시입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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