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(기계공학) 엔진 성능 실험

1. p-v 선도 그리기1) 모터링 값을 이용하여, p-v 선도를 그리시오.(x축:v, y축:p)2) 실제 엔진 데이터를 이용하여 그린 p-v선도와 공기표준 Otto cycle의 p-v선도가 차이가 나는 이유를 설명하시오.실험 장치가 전기 Sensor라서 주변의 Noice를 흡수하여 떨림 증상이 Data값에 반영되었다. 그리고 공기표준 Otto cycle의 가정사항과 차이가 있다.① 작동유체는 순수한 공기라고 한다.② 공기를 이상기체라고 간주하고, 비열은 일정하다.③ 밀폐사이클을 이루며 고열원에서 열을 받아 저열원으로 열을 방출한다.④ 각 과정은 모두 가역적이다.3) Otto cycle 각 과정에 대한 설명과 P, V변화 설명(배기블로바 이포함) 그리고 실제 엔진의 p-v선도의 형태가 차이가 나는 이 유를 간략히 설명하시오.0→1 흡입과정(0: 흡기밸브 Open, 1: 흡기밸브 Closed)1→2 단열 압축과정(압축행정)2→3 정적수열(폭발행정 불꽃점화에 의한 순간적인 연소와 수열량 Q_1)3→4 단열팽창(팽창행정)4→1 정적방열(배기블로다운 Q_2, 4: 배기밸브 Open)1→0 배기2. rpm 비교선도.1) rpm을 실험을 통해 알아보고, 스트로프 스코프를 이용하여 차축에서 측정한 rpm을 이용하여 각 단의 이론차속과 rpm을 비 교하는 선도를 그리시오.(x축 : rpm, y축 : 계산된차속)뉴 EF 소나타 변속기어비: 1단 = 2.8 2단 = 1.5 3단 = 1뉴 EF 소나타 종감속기어비: 3.5타이어지름(mm) =195mm TIMES {70} over {100} TIMES 2+355.6mm TIMES 25.4=9305.24mm(9.30524m)엔진rpm1단2단3단실제속도차축이론차속실제속도차축이론차속실제속도차축이론차속**************************608*************1*************2*************198*************1035811109① rpm : 1800⒜ 1단: 실제속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES {1800rpm} over {2.8 TIMES 3.5} TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=322.16km/h 이론속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES 170rpm TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=298.18km/h ⒝ 2단: 실제속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES {1800rpm} over {1.5 TIMES 3.5} TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=601.37km/h 이론속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES 315rpm TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=552.51km/h ⒞ 3단 : 실제속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES {1800rpm} over {1.0 TIMES 3.5} TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=902.06km/h 이론속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES 460rpm TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=806.84km/h ② rpm : 2000⒜ 1단: 실제속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES {2000rpm} over {2.8 TIMES 3.5} TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=357.96km/h이론속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES 181rpm TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=317.47km/h ⒝ 2단: 실제속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES {2000rpm} over {1.5 TIMES 3.5} TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=668.19km/h 이론속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES 345rpm TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=605.13km/h ⒞ 3단 : 실제속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES {2000rpm} over {1.0 TIMES 3.5} TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=1002.28km/h 이론속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES 519rpm TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=910.32km/h③ rpm : 2200⒜ 1단: 실제속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES {2200rpm} over {2.8 TIMES 3.5} TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=393.75km/h 이론속도 =2m TIMES 4.65262m TIMES 198rpm TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=347.29km/h ⒝ 2단: 실제속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES {2200rpm} over {1.5 TIMES 3.5} TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=735.01km/h 이론속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES 384rpm TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=673.53km/h ⒞ 3단 : 실제속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES {2200rpm} over {1.0 TIMES 3.5} TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=1102.51km/h 이론속도 =2 pi TIMES 4.65262m TIMES 581rpm TIMES [ {60min} over {1hr} TIMES {1km} over {1000m} ]=1019.07km/h2) 이론차속과 실제차속이 차이나는 이유를 설명하시오.이론차속은 식에서 알 수 있듯이 엔진출력값과 변속기어비, 종감속기어비를 고려한값이고 실제차속은 변속기어와 종감속기어를 거친 후 바퀴에 전달되는 동력을 고려하여 계산된값이다. 그리고 엔진에서 미션을 통하여 차축에 동력이 전달되는데 이 과정에서 동력의 손실로 인한 요인도 두 차속의 차이에 기인한다고 생각한다.3 실험고찰이번 실험에서는 실제 자동차 엔진의 성능을 실험해보았다. 첫 번째 실험은 모터링과 실제엔진에서의 p-v의 값의 변화를 관찰하고 비교해보는 실험이었다. Data값들을 그래프로 변환하자 두 그래프의 차이를 관찰 할 수 있었으며 공기표준 Otto cycle의 p-v선도와의 차이점도 생각 해 볼 수 있었다.두 번째 실험은 이론차속과 실제차속을 비교해보는 실험으로서 엔진출력 rpm을 변속기어비와 종감속기어비를 고려하여 계산된 값과 스트로프 스코프를 이용하여 측정한 차축의 rpm을 이용하여 계산된 값을 비교해보는 실험이었다. 하지만 실험요건상 직접 실험은 하지 못하였다.

공학/기술| 2014.02.23| 6페이지| 1,000원| 조회(314)

기계공학실험, 엔진, 성능, 엔진성능, 엔진실험

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(기계공학) 유동 가시화 실험

1. 실험으로 확인한 유동의 형상 그림? Tip leakage flow첫 번째 사진은 에어포일의 각도를 조절하지 않고air를 분사시켰을때의 관찰 사진이다. 유동의 흐름이 잘 관찰되었고 특히 에어포일 중간부분에서 유동의 흐름에서 벗어난 Tip leakage flow 현상을 볼 수 있었다.? Separation두 번째 사진은 에어포일의 각도를 조절하여Separation(박리)현상을 관찰 할 수 있었다.이상적인 유체(비압축성, 비점성)에서는 박리 현상이 존재하지 않지만 실제로는 점성의 영향으로 유동과 에어포일과의 마찰에 의한 에너지 이동이 생기게 된다고 한다. 이는 곧 에너지 손실을 의미하며 속도의 변화가 생기게 된다. 그리하여 박리(Separation flow)가 생기게 되고, 실험시간에 미세하게나마 관찰 할 수 있었다.2. 유동가시화 기법? PIV(Particle Image Velocimetry)속도장 계측기법의 기본원리는 시간간격t 동안 움직인 tracer 입자들의 변위정보를 화상입력장치에 저장한 후, 디지털 화상처리기법을 이용하여 입자변위를 계측하고 시간간격 t 로 나누어 줌으로써 속도벡터를 추출하는 것이다.속도장 계측은 입자화상(particle image)을 취득, 속도벡터를 추출하고, 추출한 속도장 결과를 나타내는 3단계 과정으로 이루어진다. 입자화상을 취득하는 과정은 먼저 적절한 tracer입자를 선정하고, Cylindrical 렌즈를 이용하여 레이저 평면광을 만들어 계측하고자 하는 유동평면을 조사하게 한다.? LDV유체의 속도나 길이를 측정하는 기술이며 두 레이저빔의 교차점을 통과한 물체의 표면에서 산란된 도플러 시프트광을 검출한다. 산란광은 수광부에 집광되며 처리된 빛은 가산적 요소와 감산적 요소를 포함한 도플러광으로 구성된다. 가산적 요소의 빛은 원래 빛의 2배가 되는 주파수 성분을 가지고 있어 주파수가 너무 높기 때문에 전기신호로 변환할 수 없다. 감산적 요소의 도플러 시프트광은 물체의 이동속도에 비례하는 전기신호로 변환된다.3. 조사내용? St(Strouhal number)Strouhal number는 Reynolds 수의 함수이다. 주파수와 대표길이에 비례하고, 흐름의 속도와는 반비례함을 나타낸다. 일반적으로 운동량 전달에 사용되며, 특히 Kamman 와열과 비정상 흐름 계산에서 사용된다. 이것은 아래의 식으로 정의된다.St= {nD} over {U}- n은 관찰한 현상의 주파수이다.- d는(와류의 경우 실린더의 직경) 특성 길이다.- U는 유체의 속도이다.어떤 유동은 사실상 완전한 정상유동으로 보이면서 Reynolds 수에 의존한 변동유동을 하는 것이 있다. 그 한 예로서 속도가 U인 정상유동 안에 잠긴 무딘 물체 후방에서 방출되는 주기적인 와동(vortex)운동이 있다. 규칙적이고 주기적으로 방출되는 와동은 T.von Kamman에 의해 이론적으로 설명되었으며, 그의 이름을 따서 이 와동을 Kamman 와열(vortex street)이라 부르고 있다. 와동방출은10 ^{2} `

공학/기술| 2014.02.23| 5페이지| 1,000원| 조회(354)

기계공학실험, 에어포일, 유동가시화, Separation, 유동가시화기법

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(기계공학) 열전도 및 대류 실험

1. 열전도 실험① Data 및 그래프TestNoWattmeterQ WattsT1T2T3T4T5T6T7T8T9A11.653525136X33272626B21.*************535151C3*************767574② 각 금속의 K값(A=0.0005m ^{2`} `` DELTA X``=`21mm)K _{1} (T _{1} SIM T _{3} )K _{2} (T _{4} SIM T _{6} )K _{3} (T _{7} SIM T _{9} )A487.2324.8974.4B604.8907.2907.2C5048401260⒜ A과정K _{1} = {Q _{1}} over {DELTA T _{1-3} A/ DELTA X _{}} = {11.6W} over {2 DEG c TIMES 0.0005m ^{2} /0.042m} =487.2W/m DEG cK _{2} = {Q _{1}} over {DELTA T _{4-6} A/ DELTA X _{}} = {11.6W} over {3 DEG c TIMES 0.0005m ^{2} /0.042m} =324.8W/m DEG cK _{3} = {Q _{1}} over {DELTA T _{7-9} A/ DELTA X _{}} = {11.6W} over {1 DEG c TIMES 0.0005m ^{2} /0.042m} =974.4W/m DEG c⒝ B과정K _{1} = {Q _{2}} over {DELTA T _{1-3} A/ DELTA X _{}} = {21.6W} over {3 DEG c TIMES 0.0005m ^{2} /0.042m} =604.8W/m DEG cK _{2} = {Q _{2}} over {DELTA T _{4-6} A/ DELTA X _{}} = {21.6W} over {2 DEG c TIMES 0.0005m ^{2} /0.042m} =907.2W/m DEG cK _{3} = {Q _{2}} over {DELTA T _{7-9} A/ DELTA X _{}} = {21.6W} over {2 DEG c TIMES 0.0005m ^{2} /0.042m} =907.2W/m DEG c⒞ C과정K _{1} = {Q _{3}} over {DELTA T _{1-3} A/ DELTA X _{}} = {30W} over {5 DEG c TIMES 0.0005m ^{2} /0.042m} =504W/m DEG cK _{2} = {Q _{3}} over {DELTA T _{4-6} A/ DELTA X _{}} = {30W} over {3 DEG c TIMES 0.0005m ^{2} /0.042m} =840W/m DEG cK _{3} = {Q _{3}} over {DELTA T _{7-9} A/ DELTA X _{}} = {30W} over {2 DEG c TIMES 0.0005m ^{2} /0.042m} =1260W/m DEG c⒟ 구한 K값을 바탕으로 금속 결정K _{av.1} = {487.2+604.8+504} over {3} =532W/m DEG cK _{av.2} = {324.8+907.2+840} over {3} =691W/m DEG cK _{av.3} = {974.4+907.2+1260} over {3} =1047W/m DEG c은(Ag)의 전도도는360W/m DEG c, 구리(Cu)300 SIM 340W/m DEG c 을 고려해볼 때, 오차가 꽤 커서 예측이 불가능하다고 생각한다.③ R_tc 구하기⒜ A과정R prime prime _{t.c(k _{1} -k _{2} )} = {15 DEG c} over {11.6W/0.0005m ^{2}} `=`0.00064655m ^{2} DEG c/WR prime prime _{t.c(k _{2} -k _{3} )} = {6 DEG c} over {11.6W/0.0005m ^{2}} `=`0.00025862m ^{2} DEG c/W ⒝ B과정R prime prime _{t.c(k _{1} -k _{2} )} = {6 DEG c} over {21.6W/0.0005m ^{2}} `=`0.00013889m ^{2} DEG c/WR prime prime _{t.c(k _{2} -k _{3} )} = {1 DEG c} over {21.6W/0.0005m ^{2}} `=`0.00023148m ^{2} DEG c/W ⒞ C과정R prime prime _{t.c(k _{1} -k _{2} )} = {9 DEG c} over {30W/0.0005m ^{2}} `=`0.00015000m ^{2} DEG c/WR prime prime _{t.c(k _{2} -k _{3} )} = {3 DEG c} over {30W/0.0005m ^{2}} `=`0.00005000m ^{2} DEG c/W④ R_tc 감소시키는방법? 용접을 한다. 용접을 하게 되면 열전도도가 매우 높은 금속이 빈 공간을 채우는 역할을 하기 때문이다.? 접촉면에 압력을 가하여 밀착시킨다.? 접촉면에 은박지와 같은 전도도가 높은 물질을 위치시킨다.? 접촉면의 거칠음(Roughness)을 다듬어 준다.? 접촉 계면의 공간을 공기보다 열전도도가 큰 물질로 채우는 것이다. 아주 적합한 충전재는 연성이 큰 금속인 인듐(indium), 납(lead), 주석(tin), 은(silver) 등이다. 충전재는 얇은 박편(foil) 형태로 금속 경계면에 삽입하거나 금속 모재에 피복(coating)하는 방법 이 있다.? 실리콘이나 고전도성 그리스(high conductive grease)와 같은 충진재로 경계면을 채워 주는 것이다. 고전도성 그리스는 공기보다 열전도도가 50배 정도 되며 빈 공간을 잘 채울 수 있는 장점이 있다.? 접촉열저항을 줄이기 위한 제품들을 사용한다. 그러한 제품을 TIM(Thermal Interface Material)이라고 하며, 그 종류는 방열그리스, 방열시트, 방열패드, 열전도성 접착제, PCM(상변화물질) 등 다양하다.2. 대류실험① T-V 그래프* Ambient air temperature ( TA ) = 25 ℃* Power input = 54WAir Velocity㎧Heater Temp.(TH)℃TH - TA*************② HA값 구하기⒜(V _{air} =0`m/s)HA= {Q} over {T _{H} -T _{A}} = {54W} over {38 DEG c-25 DEG c} =4.1538W/ DEG c ⒝(V _{air} =2`m/s)HA= {Q} over {T _{H} -T _{A}} = {54W} over {31 DEG c-25 DEG c} =9W/ DEG c ⒞(V _{air} =4`m/s)HA= {Q} over {T _{H} -T _{A}} = {54W} over {26 DEG c-25 DEG c} =54W/ DEG c3. 고찰이번 실험은 열의 전도와 대류에 대해 이해하고 실험하는데 목적이 있었다.첫 번째 실험인 열의 전도는 이론으로 알고 있는 Fourier법칙을 적용하여 각 재료에 대한 Thermal conductivity를 구하고 Data값을 바탕으로 각각의 재료가 어떤 물질인지 생각해보았다. 또한 각 재료 사이에 존재하는 접촉열저항(Thermal Contact Resistance)값을 구하고, 어떻게 하면 접촉 열저항 값을 줄여서 열손실을 줄일 수 있을지에 대하여도 조사하고 생각해보았다. 먼저 각 재료의 열전도도 결과 값을 보면 동일한 열량 하에서는 온도차가 적을수록 열전도도 값이 크게 나타나는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 열의 양을 증가시킬수록 열전도도 값이 증가 하였다. 실험을 통하여 측정한 각 재료의 열전도도 값을 바탕으로 어떤 물질인지 파악 해보려 했지만 오차가 너무 커서 그런지 파악이 거의 불가능하였다. 다음으로는 각 재료사이의 접촉열저항을 측정해보았다. 동일한 열량 하에서 두 재료사이의 온도차가 클수록 저항이 크게 나타났으며 그 만큼 열손실이 크다는 것을 알 수 있었다. 이 접촉열저항값을 줄이는 방법에 대하여 조사하면서 여러 가지 방법에 대하여 알 수 있었으며, 실생활에 많이 적용되기 때문에 그 중요성 또한 알 수 있었다. 전도 실험 시 발생한 오차의 원인으로는 정상상태(Steady-State)를 만들어주지 못한 것이 열의 손실에 많은 영향을 준 것 같다.두 번째 실험인 열의 대류현상은 Newton's Cooling Law을 이해하고 적용해보는데 목적이 있었다. 뉴턴의 냉각법칙이란 전달되는 열량은 온도차에 비례하고 비례상수

공학/기술| 2014.02.23| 5페이지| 1,000원| 조회(203)

열전도, 열전도도, 대류, 뉴턴의냉각법칙, Fourier법칙, 접촉열저항

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기계공학실험 복합재료

1. 복합재료의 종류1) 금속기지 복합재료금속기지 복합재료는 플라스마 스프페리법, 액상침투법, 물리적 증착, 핫프레스법, 용탕단조법 등에 의해 제조된다. MMC는 고온에서 사용가능하고, 횡방향 특성이 좋으며 압축강도와 전단강도도 상당히 좋다. 이것은 상당부분 금속기지 고유의 강도와 인성에 높은 섬유-기지 계면강도가 결합된 결과이다. 대표적인 MMC로는 보론섬유로 강화된 알루미늄, SiC 섬유나 위스커로 강화된 알루미늄, SiC로 강화된 티타늄, 탄소섬유로 강화된 마그네슘, 구리, 알루미늄 등이 있다. 적용 사례로는 자동차 엔진의 피스톤 헤드, 엔진 크랭크샤프트의 커넥팅로드, 가스터빈 블레이드, 레이다돔, 전자장비 등이 있다.2) 고분자기지 복합재료고분자기지 복합재료(PMC)는 복합재료 산업의 견인차이다. PMC는 낮은 가격에 우수한 상온 특성을 가졌다. PMC는 약 40년간 상용되어 왔다. 각종 열경화성 수지에 유리, 탄소, 보론, 고분자 섬유를 넣어 강화하며 최근에는 열가소성 고분자도 기지래로 쓰이고 있다. PMC의 전통적인 응용사례는 항공우주 구조의 2차 하중지탱 구조였다. 지금은 토목 구조의 I빔,각종 자동차 부품, 래이덜 타이어, 낚시대, 테니스 라켓, 골프채, 스키 등의 스포츠 용품에 널리 쓰인다. 이 복합재료의 가격은 계속 떨어짐으로써 이러한 소비재의 적용해도 충분히 경쟁력있는 재료가 되었다. 다른 한 가지 흥미로운 적용사례는 Georgia Dome과 같은 건축 구조재이다. 조지아돔의 지붕은 7에이커의 직조된 유리섬유강화 PTFE 복합재료이다.3) 세라믹기지 복합재료세라믹기지 복합재료는 강화콘크리트 형태로 오랫동안 사용되었다. 인장 강도가 낮기 때문에 그 용도는 주로 압축응력을 받는 구조에만 국한되었다. 세라믹은 고온내산화성과 크리프저항성이 좋은 것으로 잘 알려져 있다. 그러므로 만일 세라믹의 취성거동을 제어할 수 있다면 자동차나 항공기용 가스터빈에서 블레이드, 디스크, 피스톤, 로터 등의 고온부 구조에 활용할 수 있는 우수한 후보재료이다. 보통 세라믹재료의 파괴인성은 1～10 MParoot m정도로 향상되었다. 이러한 예는 SiC 섬유강화 SiC, SiC 섬유강화 Si3N4, 탄소섬유강화 유리 등이 있다.4) 탄소-탄소 복합재료이름에서 알 수 있듯이 이 복합재료는 기지와 섬유가 모드 탄소로 만들어진다. 이 재료는 3,000°C 이상의 극히 높은 사용온도에 견딜 수 있는 능력,높은 비강도, 우수한 내마모성, 우수한 열충격 저항, 양호한 기계 가공성 등 매우 독특한 특성을 갖추고 있다. 그러나 이 복합재료의 최고 사용 온도는 산화 문제에 의해 제한된다. 대표적인 적용사례는 블레이크 디스크, 열차단재, 로켓노즐 등이다. 탄소-탄소 복합재료는 CVD방법이나, 우선 탄소섬유 예비성형체에 탄소함량이 높은 수지를 함침한 다음 이를 열분해시켜서 탄소 이외의 원소를 날려 보내는 방법으로 제조한다.2. 복합재료의 제조방법? 진공백 성형(Vacumm Bag Molding)백(Bag) 성형의 일종으로 웅형 또는 자형의 어느 것 중 한편을 사용하여, 표면에 적층 성형 재료를 레이업 한 뒤, 또 그 표면에 연질의 고무 또는 플라스틱 필름제의 자루를 덮고 자루안의 공기를 빼냄으로써 직접 대기압으로 가압, 적층 성형 재료를 형의 표면에 밀착시켜서 경화하여 성형하는 방법이다. 그리고 이렇게 적층된 재료를 보통 오토클레이브(autoclave)를 이용해서 가열, 가압 경화시켜서 성형하는데 이땐 이것을 오토클레이브 성형법이라고도 한다. 최신 복합재료 부품 중 판재 및 샌드위치 구조물은 대부분 이 과정을 거쳐서 만든다. 이러한 공정은 많은 생산량이 필요로 하지 않고 고품질이 필요로 하는 재료제조에 많이 사용되며 기계적 성질이 우수한 제품을 만들 수 있다는 장점이 있다. 주로 우주항공 분야에 많이 쓰인다.? 필라멘트 와인딩(Filament Winding)섬유로빙을 수지 함침조(Resin Bath)속으로 통과시킨 후 회전하는 만드렐(Mandrel)위에 규칙적으로 감아서 정해진 두께에 도달한 후 오븐에서 가열, 경화시켜 제품을 제조하는 방법이다. 이 공정은 낮은 생산 단가와 높은 생산성으로 원형 형태의 제품제조에 주로 적용되며, 최근에는 컴퓨터 제어 기술과 다양한 설비 등의 개발로 비대칭 모양의 제품 생산에도 적용된다.? 고온 압축 성형법(Hot Pressing)열경화성 수지 복합재료의 재활용을 위한 공정은 폴리우레탄이나 에폭시의 스크랩을 hotpress에서 200 ℃온도와 50-100 bar의 압력으로 재성형될 수 있다는 것이 Baumann에 의해 검토되었다. 이러한 방법으로 재활용된 재료는 물성치가 매우 낮아 자동차용 바퀴 흙받이와 같은 하중을 거의 받지 않는 응용 제품에서나 사용된다. 이 재료에 binder 역할을 하는 열가소성 수지를 포함시키면 강도를 증가시킬 수 있다. 이 기술은 모든 열경호성 수지 복합재료에는 해당되지 않으며 제품의 물성이 떨어지므로 저급 제품의 시장이 필요하다.3. 복합재료의 특성? 열적특성탄소섬유의 열특성 중에 가장 뛰어난 것으로는 선팽창계수를 들 수 있다. 대략-0.7 SIM -1.2 TIMES 10 ^{-6} K ^{-1}로서 음의 값을 보이면서 온도상승에 따라 수축하며, 섬유직경방향으로는5.5 TIMES 10 ^{-6} K ^{-1}으로 보고되고 있다. 매트릭스 수지의 대표적인 에폭시의 선팽창계수는45 SIM 65 TIMES 10 ^{-6} K ^{-1}로 탄소섬유에 비해 매우 높은 수치를 보이는데, 이것이 복합재료의 열응력의 문제가 된다. 탄소섬유의 비열은 약 0.7kJkg ^{-1}로서 고강도, 고탄성률간의 차이는 별로 없으며, 금속과 비슷한 수치를 보이며 수지보다는 약간 작은 수치를 가진다. 탄소섬유의 열전도율을 직접 측정하는 예는 극히 드물며, 대부분 복합재료의 열전도율을 측정한 값으로부터 추정한다. 고탄성율의 경우, 85Wm ^{-1} K ^{-1}으로 금속에 비견되는 값을 보인다. 그리고 극저온에서의 낮은 열전도율 때문에 액체헬륨, LNG 등의 용기의 단열 구조재로서 기대를 모으고 있다.? 역학특성탄소섬유의 대표적인 특성은 가볍고 강하며 높은 탄성율에 있다. 최근 수년간에 걸쳐서 역학적 특성의 향상이 이루어졌는데 인장강동로는 대략 5586MPa, 인장 탄성율은 490MPa를 지닌 탄소섬유가 판매가 되고 있다. 이렇게 뛰어난 기계적 특성의 원인으로서는 탄소섬유의 기본적인 구조에 기인한 것으로 그림 3에 보이는 바와 같이 팬계의 높은 인장강도는 리본상의 미세구조에 기인한 것이며, 핏치계 탄소섬유의 경우 도메인이 섬유 축 방향으로 배열하여 매우 높은 열적 그리고 전기적 특성을 보인다. 기본적으로 강도는 구조에 매우 민감한데, 조그마한 미세구조의 변화, 결함의 형태 및 양에 의해 크게 영향을 받는다.? 전기적 특성탄소섬유의 전기전도율은 일반적으로 결정성에 의존을 하므로 흑연화 섬유가 탄소섬유보다 높은 전기전도율을 보이는데, 전자의 경우가1.5 SIM 3.0 TIMES 10 ^{-3}Ωcm, 후자의 경우가0.5 SIM 0.8 TIMES 10 ^{-3}Ωcm의 전기저항 값을 보인다.? 화학적 특성탄소섬유의 화학조성은 PAN계, 핏치계, 레이온계 등의 프리커서의 종류, 열처리 온도 등에 의해 크게 다르다. PAN계 탄소섬유의 경우, 프리커서의 공중합상태, 방사 시 용매 등의 조건에 의해 변하게 된다. 고강도계의 섬유는 질소라 어느 정도 남아 있으나 고탄성계의 경우 거의 탄소원자로 이루어진다. 탄소섬유의 수분 함유율은 0.03~0.05%로서 실질적으로 문제가 되지 않는다. 그리고 탄소섬유는 일반 탄소재료와 마찬가지로 내약품성이 뛰어나 매우 안정된 재료라 말할 수 있다. 여기서 가장 주의를 해야 될 부분은 산화에 대한 저항성으로서, 강산 등에 약하며 고온에서 쉽게 공기와 반응한다.4. 가정에서 복합재료가 쓰이는 사례유리섬유 : 강화 플라스틱의 유형으로 제작되어 내구성 및 내마모성, 강도가 크며유지비가 적게 들어 가구, 칸막이, 생활용품, 스포츠용품 등으로 많이 사용된다.탄소섬유: 생물학적, 화학적 불활성, 전기전도성, 강도 및 경량성 그리고 흡습성 등의 특성 이 있어 인공관절, 저장용기 및 접촉스위치, 스포츠용품, 스피커 등에 사용된다.

공학/기술| 2012.05.29| 5페이지| 1,000원| 조회(211)

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