탄소섬유 101: 직물과 직물의 이해

탄소섬유는 제조 및 성형된 후 직물로 직조되는 경우가 많습니다. 직물 제조를 시작하기 위해 제조업체는 토우(tow)라는 탄소 섬유 묶음을 만듭니다. 토우는 섬유 또는 필라멘트 함량에 따라 등급이 지정되며 일반적으로 3k, 6k, 12k 및 15k로 지칭됩니다. k는 "thousand"를 나타내며 3k 토우가 3,000 탄소 필라멘트로 구성되어 있음을 나타냅니다. 탄소 섬유 한 가닥의 두께는 약 5-10미크론에 불과하므로 3k 토우의 두께는 약 0.125인치에 불과합니다. 6k 견인의 두께는 3k 견인의 약 2배, 12k 견인의 4배 등입니다. 이렇게 컴팩트한 공간에 다량의 강력한 탄소섬유가 들어있어 소재에 놀라운 강도를 부여합니다.

탄소 섬유 브레이드
탄소 섬유의 스풀은 직기에서 직물로 짜여집니다. 가장 일반적인 직조에는 평직, 능직, 헤들직이 있습니다.

평직 또는 1x1 직조 탄소 섬유 직물은 대칭이며 바둑판과 유사합니다. 토우는 오버/언더 패턴으로 직조되어 매우 안정적이고 촘촘하게 짜여진 섬유를 제공합니다. 직물 안정성은 섬유 방향과 직조 각도를 유지하는 재료의 능력을 나타냅니다. 높은 직물 안정성으로 인해 일반 탄소 섬유 직물은 특별히 유연하지 않기 때문에 복잡한 윤곽에는 적합하지 않습니다. 그러나 취급이 더 쉽고 직물 변형을 일으키지 않습니다. 따라서 플랫 시트, 튜브 및 2D 곡선에 이상적입니다.

주름은 직조된 개별 섬유의 곡률이며, 일반 탄소 섬유 직물은 필라멘트 가닥이 촘촘하게 짜여져 있기 때문에 거친 주름이 있습니다. 시간이 지남에 따라 이러한 거친 컬링은 약한 부위로 이어지는 스트레스 포인트를 생성합니다.

2x2 또는 4x4 패턴으로 구성된 능직은 가장 일반적인 유형의 탄소 섬유 직물입니다. 2x2 브레이드에서는 각 가닥이 두 가닥 위로 통과된 다음 두 가닥 아래로 통과됩니다. 그렇다면 4x4 브레이드는 각 토우가 4개의 토우를 통과한 다음 4개의 토우를 더 통과하는 것으로 구성되는 것이 타당합니다. 이 위/아래 직조는 뚜렷한 대각선 패턴을 만듭니다. 능직의 엇갈림 가닥 사이의 거리는 평직보다 길다. 결과적으로 컬링이 덜 발생하여 스트레스 포인트가 발생할 가능성이 줄어듭니다.

능직 직물은 유연성이 뛰어나며 우수한 안정성을 유지하면서 복잡한 윤곽을 형성할 수 있습니다. 조직 변형 증가를 방지하려면 평직보다 더 조심스럽게 취급해야 합니다. 4x4 직조는 2x2 직조보다 형성하기 쉽지만 직물의 안정성도 떨어집니다.

새틴 직조는 실크 직물에 아름다운 드레이프를 제공하는 동시에 직물을 매끄럽고 매끄럽게 만들기 위해 수천 년 동안 사용되어 왔습니다. 탄소 섬유 복합재에 사용될 때 새틴 직조는 복잡한 윤곽을 쉽게 형성할 수 있습니다. 분명히 이는 새틴 직조의 안정성도 다른 직조보다 낮다는 것을 의미합니다.

가장 일반적인 새틴 직조는 4헤들 새틴(4HS), 5헤들 새틴(5HS) 및 8헤들 새틴(8HS)입니다. 이 숫자는 통과된 후 통과된 총 견인 횟수를 나타냅니다. 예를 들어, 4HS 조직에는 3개의 필라멘트 가닥이 통과하고 1개의 필라멘트 가닥이 통과합니다. 5HS의 경우 4개의 토우가 교차되고 그 다음 하나가 아래에 있는 반면, 8HS의 경우 7개의 토우가 교차되고 그 다음 1개의 토우가 아래에 교차됩니다. 수자 직조수가 높을수록 성형성은 좋으나 안정성은 떨어진다.

탄소 섬유 직물을 만드는 데 사용되는 다른 직조 방법이 많이 있습니다. 여기에는 피시 브레이드, 토우 스프레드, 브레이드, 단방향 브레이드 및 맞춤형 브레이드가 포함됩니다. 각 직조에는 일부 디자인에 사용하기에 이상적이지만 다른 디자인에는 좋은 선택이 아닌 고유한 특성이 포함되어 있습니다. 특정 기능을 수행하기 위해 어떤 탄소 섬유 브레이드를 사용해야 하는지 결정할 때 고려해야 할 많은 요소가 있습니다. 이러한 요소에는 강도, 성형성, 안정성 및 컬이 포함됩니다. 탄소 섬유 제조업체는 어떤 디자인에 어떤 직물을 사용해야 하는지 아는 전문가입니다.