탄소섬유 & 초섬유

소개

Carbon fiber 와 여러 Super fiber 들의 특징과 응용분야를 정리한 레포트입니다.

목차

1. 탄소섬유 (Carbon fiber)
1-1. 레이온계 탄소섬유
1-2. 피치계 탄소섬유
1-3. PAN계 탄소섬유
1-4. 탄소섬유의 특징
1-5. 물리적 특성에 따른 탄소 섬유의 응용분야

2. 초섬유 (Super fiber)
2-1. 유리섬유 (Glass fiber)
2-1-1. 유리섬유의 제조
2-1-2. 유리섬유의 특징
2-2. 아라미드 섬유 (Aramid fiber)
2-2-2. 아라미드 섬유의 물성
2-2-3. 케블라섬유 (Kevlar fiber)
2-2-4. 테플론섬유(Teflon fiber)

본문내용

1. 탄소섬유 (Carbon fiber)
일반적으로는 탄소원소의 질량 함유율이 90 % 이상으로 이루어진 섬유상 탄소재료로서 정의.이와 같은 탄소섬유는 탄소원소로 이루어진 탄소육각망면의 분자구조, 분자구조의 조합에 의한 조직특성 및 섬유로서의 특성을 갖으며, 이러한 탄소원소로만 이루어진 탄소섬유는 출발물질에 따라 크게 레이온계, 피치계, PAN계 탄소섬유로 구분되지만 피치계와 PAN계 탄소섬유가 주종을 이루고 있다.

1-1. 레이온계 탄소섬유
레이온계 탄소섬유는 결함이 적은 특수 등급의 비스코스레이온(Viscose Rayon)을 사용하여 제조한다. 탄화수율은 20～25중량% 정도가 되며 제조된 탄소섬유는 통상 인장강력 345～690MPa, 인장탄성계수 20～55GPa, 밀도 1.43～1.0g/cm3의 비교적 낮은 물성값을 가진다. 이러한 물성은 2800～3000℃에서 연신 흑연화함으로써 인장강력 3.1GPa, 인장탄성계수 620GPa로 향상될 수 있으나 효율이 떨어지고 비용이 많이 드는 단점이 있다.

1-2. 피치계 탄소섬유
탄소섬유제조의 출발물질로 사용되는 주요 피치로는 복잡한 유기화합물로 구성되어 있는 석유피치와 석탄피치가 있는데, 피치는 응축된 벤젠고리가 알킬사슬을 가지고 있거나 알킬사슬에 의하여 분리되어 있는 수 많은 유기 화합물의 복잡한 혼합물로 이루어져 있으며, 화학조성은 물질에 따라 다르지만 정확한 결합형식은 알려져 있지 않다. 
1-3. PAN계 탄소섬유
PAN계 탄소섬유는 PAN 전구체섬유의 제조 및 전구체섬유의 안정화, 탄화 그리고 흑연화에 의해 제조된다. 선형고분자인 PAN을 출발물질로 하여 공기 중에 200～300℃에서 1～2시간의 안정화 단계를 거치면 사슬절단, 가교, 탈수소반응과 고리화반응 등에 의해 전구체물질은 탄화공정을 견딜 수 있는 열적으로 안정한 사다리구조(Ladder Structure)를 가지게 되며 탄화수율도 좋아지게 된다.

참고자료

· 복합재료학/김윤해.한중원 공저/효성출판사/2001.03.12/