탄소 섬유 브레이드: 정의 및 사용 이유

왜 탄소 섬유 조각이 다른 조각과 다르게 보일 수 있는지 궁금한 적이 있다면 혼자가 아닙니다. 탄소 섬유는 다양한 직조로 구성되어 있으며 각각 다른 용도로 사용되며 단순한 장식용이 아닙니다.

탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 레이온과 같은 전구체로 만들어집니다. 전구체 섬유를 화학적으로 처리하고 가열하고 연신한 후 탄화시켜 고강도 섬유를 형성합니다. 그런 다음 이러한 섬유나 필라멘트는 함께 묶이고 포함된 탄소 필라멘트의 수로 식별됩니다. 일반적인 견인 등급은 3k, 6k, 12k 및 15k입니다. "k"는 1000을 의미하므로 3k 견인은 3,000 탄소 필라멘트로 만들어집니다. 표준 3k 견인은 일반적으로 폭이 0.125인치이므로 작은 공간에 많은 양의 섬유가 들어있습니다. 6k 토우에는 6개,000 탄소 필라멘트가 있고, 12k 토우에는 12개,000 탄소 필라멘트가 있습니다. 탄소섬유는 다량의 고강도 섬유가 뭉쳐져 강한 소재가 됩니다.

 

탄소 섬유 직조
탄소 섬유는 직조 직물 형태로 제공되는 경우가 많아 작업하기가 더 쉽고 용도에 따라 추가적인 구조적 강도를 제공할 수 있습니다. 따라서 탄소섬유 직물은 다양한 방식으로 직조될 수 있습니다. 가장 많이 쓰이는 것은 플레인, 트윌, 서스펜더 새틴인데, 각 소재를 자세히 다루도록 하겠다.

평직
일반 탄소섬유 시트는 작은 바둑판 모양과 대칭적인 모양을 갖고 있습니다. 이 직조에서는 가닥이 오버/언더 패턴으로 직조됩니다. 직조 사이의 거리가 짧아 평직의 안정성이 높습니다. 직물 안정성은 직조 각도와 섬유 방향을 유지하는 직물의 능력을 나타냅니다. 이러한 높은 수준의 안정성으로 인해 평직은 복잡한 윤곽이 있는 레이업에는 적합하지 않으며 일부 다른 직물만큼 유연하지도 않습니다. 일반적으로 평직 직물은 평평한 시트, 파이프 및 2차원 곡선에 적합합니다.

이 직조 패턴의 한 가지 단점은 인터레이스 사이의 짧은 거리(직조 시 섬유가 형성하는 각도, 아래 참조)로 인해 스트랜드에 심각한 주름이 발생한다는 것입니다. 가혹한 압착은 시간이 지남에 따라 부품을 약화시키는 응력 집중을 생성합니다.

능 직물
능직은 우리가 다음에 논의할 평직과 새틴 직조 사이의 가교 역할을 합니다. 능직 직물은 유연성이 뛰어나 복잡한 윤곽을 형성할 수 있습니다. 원단 안정성이 서스펜더 새틴 원단보다 떨어지지만 평직 원단만큼 좋지는 않습니다. 능직에서 토우 가닥을 따라가면 특정 수의 토우를 통과한 다음 동일한 수의 토우를 통과합니다. 위/아래 패턴은 "능직선"이라고 불리는 대각선 화살표 모양을 만듭니다. 인터레이스된 토우 사이의 거리가 길다는 것은 평직 직물에 비해 컬이 적고 잠재적인 응력 집중이 적다는 것을 의미합니다.

2×2 능직은 아마도 업계에서 가장 잘 알려진 탄소 섬유 직조일 것입니다. 이는 많은 화장품 및 장식 응용 분야에 사용되지만 기능성도 뛰어나며 중간 정도의 성형성과 중간 정도의 안정성을 결합합니다. 2×2 이름에서 알 수 있듯이 각 견인은 2개의 견인을 통과한 다음 두 견인을 교차합니다. 마찬가지로, 4×4 능직은 4개의 토우를 통과한 다음 4개의 토우를 통과하게 됩니다. 직조가 촘촘하지 않기 때문에 2×2 능직보다 형태가 약간 더 좋지만 안정성도 떨어집니다.

하네스 새틴
새틴 직조는 부드럽고 매끄럽게 보이면서 뛰어난 드레이프를 갖춘 실크 직물을 만들기 위해 수천 년 전에 디자인되었습니다. 복합재의 경우 이러한 드레이프성은 복잡한 윤곽을 쉽게 형성하고 감쌀 수 있음을 의미합니다. 이 원단은 성형성이 높아 안정성이 낮을 것으로 예상된다. 일반적인 헤들 새틴 직조에는 4-헤들 새틴(4HS), 5-헤들 새틴(5HS) 및 8-헤들 새틴(8HS)이 포함됩니다. 새틴 직조량이 증가할수록 성형성은 증가하고, 원단의 안정성은 감소합니다.

스프레드 토우 대 표준 토우
스프레드 토우 재료는 단방향 재료와 표준 편조 재료 사용 사이에서 좋은 절충안이 될 수 있습니다. 섬유 가닥을 위아래로 엮어 직물을 만들 때 섬유 가닥에 주름이 생기기 때문에 강도가 감소합니다. 표준 토우의 필라멘트 수를 늘리면(예: 3k에서 6k로) 토우가 더 커지고(두꺼워지고) 컬 각도가 더 거칠어집니다. 이를 방지하는 한 가지 방법은 필라멘트를 더 넓은 토우로 펼치는 것입니다. 이를 토우 확산이라고 하며 이렇게 하면 몇 가지 이점이 있습니다.

토우를 펼치면 표준 토우 편조보다 컬 각도가 작아지고 부드러움이 증가하여 교차 결함을 줄일 수 있습니다. 압착 각도가 낮을수록 강도가 높아집니다. 스프레드 토우 재료는 단방향 재료보다 작업하기가 더 쉬우며 여전히 상당히 우수한 섬유 풀업 방지 기능을 제공합니다.

단방향
이름에서 알 수 있듯이 하나를 의미하는 uni는 모든 섬유가 같은 방향을 향하고 있습니다. 이는 단방향(UD) 직물에 몇 가지 고강도 이점을 제공합니다. UD 패브릭은 직조되지 않으며 구조를 약화시킬 수 있는 주름진 직조 섬유가 없습니다. 대조적으로, 연속 섬유는 강도와 강성을 더해줍니다. 또 다른 이점은 성능 특성을 보다 효과적으로 제어하여 레이업을 맞춤화할 수 있다는 것입니다. 자전거 프레임은 UD 패브릭을 사용하여 성능을 맞춤화하는 방법을 보여주는 좋은 예입니다. 라이더의 힘을 바퀴에 전달하려면 프레임의 버텀 브래킷 부분이 단단해야 하지만, 라이더가 부상을 입지 않도록 프레임도 유연하고 유연해야 합니다. UD 소재를 사용하면 섬유의 정확한 방향을 선택하여 필요한 강도를 얻을 수 있습니다.

UD의 가장 큰 단점은 기동성입니다. UD는 서로 결합하는 섬유질이 얽혀 있지 않기 때문에 레이업 중에 쉽게 부서질 수 있습니다. 광섬유가 잘못 배치되면 다시 올바르게 방향을 바꾸는 것이 거의 불가능합니다. UD 패브릭으로 만든 가공 부품도 문제를 일으킬 수 있습니다. 형상이 절단된 위치에서 섬유가 당겨지면 느슨한 섬유가 전체 부품을 끌어올릴 수 있습니다. 일반적으로 라미네이션을 위해 UD 소재를 선택한 경우 작업성과 부품 내구성을 향상시키기 위해 첫 번째 및 마지막 레이어에 직조 소재 레이어가 사용됩니다. 이는 애호가를 위한 드론 프레임부터 로켓 부품 생산까지 이루어집니다.