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탄소 섬유 탄소 함량이 95% 이상인 섬유 소재로, 기계적, 화학적, 전기적 특성 등 여러 면에서 탁월한 성능을 자랑합니다. '신소재의 왕'으로 불리며, 군사 및 민간 개발 분야에서 부족한 전략적 소재로 '검은 황금'이라는 별칭을 가지고 있습니다.

탄소 섬유 생산 라인은 다음과 같습니다.

가느다란 탄소 섬유는 어떻게 만들어지나요?

탄소섬유 생산 공정 기술은 상당한 발전을 거듭하여 성숙 단계에 이르렀습니다. 탄소섬유 복합재료의 지속적인 개발과 함께 항공, 자동차, 철도, 풍력 발전 블레이드 등의 강력한 성장세를 비롯하여 각계각층에서 점점 더 많은 선호도를 얻고 있으며, 이러한 성장세가 탄소섬유 산업의 발전을 견인하는 원동력이 되고 있습니다. 탄소섬유 산업의 전망은 더욱 밝습니다.

탄소섬유 산업 사슬은 상류와 하류로 나눌 수 있습니다. 상류는 일반적으로 탄소섬유 소재 자체의 생산을 의미하고, 하류는 탄소섬유 응용 부품의 생산을 의미합니다. 상류와 하류 사이에 있는 기업들은 탄소섬유 생산 공정에서 사용되는 장비 공급업체로 생각할 수 있습니다. 그림에서 보는 바와 같습니다.

원사에서 탄소섬유에 이르기까지 탄소섬유 산업 사슬의 상류 공정은 산화로, 탄화로, 흑연화로, 표면 처리 및 사이징과 같은 공정을 거쳐야 합니다. 섬유 구조는 탄소섬유가 주를 이룹니다.

탄소섬유 산업 사슬의 상류는 석유화학 산업에 속하며, 아크릴로니트릴은 주로 원유 정제, 분해, 암모니아 산화 등을 통해 얻어집니다. 폴리아크릴로니트릴 전구체 섬유는 이 전구체 섬유를 사전 산화 및 탄화시켜 얻고, 탄소섬유 복합재료는 탄소섬유와 고품질 수지를 가공하여 응용 분야의 요구 사항을 충족시켜 얻습니다.

탄소 섬유의 생산 공정은 주로 인발, 연신, 안정화, 탄화 및 흑연화 공정으로 구성됩니다. 그림에서 보는 바와 같습니다.

그림:이는 탄소 섬유 생산 공정의 첫 번째 단계입니다. 주로 원료를 섬유로 분리하는 물리적 변화입니다. 이 과정에서 방사액과 응고액 사이에서 물질 전달과 열 전달이 일어나며, 최종적으로 폴리프로필렌(PAN)이 침전됩니다. 필라멘트는 겔 구조를 형성합니다.

제도:배향된 섬유의 연신 효과와 함께 작동하려면 100~300도의 온도가 필요합니다. 또한 이는 PAN 섬유의 고탄성률, 고보강성, 고밀도화 및 정제에 있어 핵심적인 단계입니다.

안정:열가소성 PAN 선형 고분자 사슬은 400도에서 가열 및 산화시키는 방법을 통해 비가소성 내열 사다리꼴 구조로 변형되어 고온에서도 녹지 않고 불연성이며 섬유 형태를 유지하고 열역학적으로 안정적인 상태를 유지합니다.

탄화:PAN에서 비탄소 원소를 1,000~2,000도의 온도에서 제거하고, 최종적으로 탄소 함량이 90% 이상인 층상 흑연 구조의 탄소 섬유를 생성해야 합니다.

탄소 섬유 직물

흑연화: 비정질 및 층상 탄화 물질을 3차원 흑연 구조로 변환하는 데에는 2,000~3,000도의 온도가 필요하며, 이는 탄소 섬유의 탄성률을 향상시키는 주요 기술적 조치입니다.

원사 생산 공정부터 완제품까지의 탄소섬유 생산 과정은 다음과 같습니다. 먼저, 기존 원사 생산 공정을 통해 PAN 원사를 생산합니다. 와이어 피더의 습열을 이용한 예비 연신 후, 연신기를 통해 순차적으로 예비 산화로로 이송됩니다. 예비 산화로에서 다양한 온도 단계로 소성 과정을 거쳐 산화 섬유(예비 산화 섬유)가 형성됩니다. 이 예비 산화 섬유는 중온 및 고온 탄화로를 통과하여 탄소섬유로 성형됩니다. 이후, 탄소섬유는 최종 표면 처리, 사이징, 건조 등의 공정을 거쳐 완제품 탄소섬유로 완성됩니다. 전체 공정은 연속적인 와이어 공급과 정밀한 제어가 필수적이며, 어느 한 공정에서라도 문제가 발생하면 안정적인 생산과 최종 탄소섬유 제품의 품질에 심각한 영향을 미칩니다. 탄소섬유 생산은 긴 공정 흐름, 많은 기술적 핵심 요소, 그리고 높은 생산 장벽을 가지고 있으며, 여러 분야와 기술이 융합된 복합적인 공정입니다.

위 사진은 탄소 섬유 제조 과정입니다. 이제 탄소 섬유 직물이 어떻게 사용되는지 살펴보겠습니다!

탄소 섬유 직물 제품 가공

1. 자르기

프리프레그는 영하 18도의 냉장 보관소에서 꺼냅니다. 꺼내진 후 첫 번째 단계는 자동 절단기를 사용하여 재료 도면에 따라 재료를 정확하게 절단하는 것입니다.

2. 포장

두 번째 단계는 프리프레그를 적층 툴에 놓고 설계 요구 사항에 따라 여러 층을 쌓는 것입니다. 모든 공정은 레이저 포지셔닝을 통해 이루어집니다.

3. 형성

자동화된 운반 로봇을 통해 프리폼이 압축 성형을 위해 성형기로 이송됩니다.

4. 자르기

성형이 완료된 후, 가공물은 절삭 로봇 작업대로 보내져 4단계 절삭 및 디버링 공정을 거쳐 가공물의 치수 정확도를 확보합니다. 이 공정은 CNC 장비에서도 수행할 수 있습니다.

5. 청소

다섯 번째 단계는 세척 스테이션에서 드라이아이스 세척을 실시하여 이형제를 제거하는 것으로, 이는 후속 접착 코팅 공정에 유리합니다.

6. 접착제

여섯 번째 단계는 접착 로봇 스테이션에서 구조용 접착제를 도포하는 것입니다. 접착 위치, 접착 속도 및 접착제 토출량은 모두 정밀하게 조정됩니다. 금속 부품과의 연결 부분 중 일부는 리벳으로 고정하는데, 이는 리벳 스테이션에서 수행됩니다.

7. 조립 검사

접착제를 도포한 후 내측 및 외측 패널을 조립합니다. 접착제가 경화된 후 청색광 검사를 실시하여 키홀, 점, 선 및 표면의 치수 정확도를 확인합니다.

탄소 섬유는 가공하기가 더 어렵습니다.

탄소 섬유는 탄소 소재 특유의 강한 인장 강도와 섬유 특유의 부드러운 가공성을 모두 갖춘 소재입니다. 뛰어난 기계적 특성을 지닌 신소재로 주목받고 있습니다. 탄소 섬유와 일반 강철을 비교해 보면, 탄소 섬유의 강도는 약 400~800MPa인 반면, 일반 강철의 강도는 200~500MPa입니다. 인성 측면에서도 탄소 섬유와 강철은 거의 유사하며, 뚜렷한 차이가 없습니다.

탄소 섬유는 높은 강도와 ​​가벼운 무게를 지니고 있어 신소재의 왕이라 불립니다. 이러한 장점 때문에 탄소 섬유 강화 복합재(CFRP)를 가공할 때, 매트릭스와 섬유 사이에 복잡한 내부 상호작용이 발생하여 금속과는 다른 물리적 특성을 나타냅니다. CFRP는 밀도가 금속보다 훨씬 낮지만 강도는 대부분의 금속보다 뛰어납니다. CFRP의 불균일성으로 인해 가공 중 섬유 뽑힘이나 매트릭스 섬유 분리가 빈번하게 발생합니다. 또한 CFRP는 내열성과 내마모성이 뛰어나 가공 장비에 대한 부담이 큽니다. 생산 과정에서 많은 절삭열이 발생하여 장비 마모가 더욱 심각해집니다.

동시에, 적용 분야가 지속적으로 확대됨에 따라 요구 사항은 점점 더 까다로워지고 있으며, CFRP의 재료 적용 가능성 및 품질 요구 사항 또한 더욱 엄격해지고 있어 가공 비용 상승의 원인이 되고 있습니다.

탄소 섬유판 가공

탄소 섬유판이 경화 및 성형된 후에는 정밀도 요구 사항이나 조립 필요에 따라 절단 및 드릴링과 같은 후가공이 필요합니다. 절단 공정 매개변수 및 절단 깊이와 같은 동일한 조건에서도 재질, 크기 및 형상이 다른 공구와 드릴을 선택하면 결과에 매우 큰 영향을 미칩니다. 또한 공구와 드릴의 강도, 방향, 시간 및 온도와 같은 요소도 가공 결과에 영향을 미칩니다.

후가공 과정에서는 다이아몬드 코팅이 된 날카로운 공구와 솔리드 카바이드 드릴 비트를 사용하는 것이 좋습니다. 공구와 드릴 비트 자체의 내마모성은 가공 품질과 공구의 수명을 결정짓는 중요한 요소입니다. 공구와 드릴 비트가 충분히 날카롭지 않거나 부적절하게 사용될 경우, 마모가 가속화되어 제품 가공 비용이 증가할 뿐만 아니라, 판재에 손상을 입혀 판재의 모양과 크기, 구멍 및 홈의 치수 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다. 심지어 재료가 층층이 찢어지거나, 심지어 덩어리가 무너져 판재 전체를 폐기해야 하는 상황까지 발생할 수 있습니다.

드릴링할 때탄소 섬유 시트드릴 비트를 선택할 때, PCD8 페이스 엣지 드릴 비트의 독특한 드릴 팁 디자인은 탄소 섬유 시트에 더욱 적합하며, 탄소 섬유 시트를 더 잘 관통하고 박리 위험을 줄여줍니다.

두꺼운 탄소 섬유판을 절단할 때는 좌우 나선형 날이 있는 양날 압축 밀링 커터를 사용하는 것이 좋습니다. 이 날카로운 절삭날은 상하 나선형 끝단을 가지고 있어 절단 중 공구의 상하 축 방향 힘을 균형 있게 분산시켜 절삭력이 재료의 안쪽으로 향하도록 함으로써 안정적인 절단 조건을 확보하고 재료 박리 현상을 억제합니다. "파인애플 엣지" 라우터의 상하 마름모꼴 날 디자인 또한 탄소 섬유판 절단에 효과적입니다. 깊은 칩 홈은 절단 과정에서 발생하는 절삭열을 효과적으로 방출하여 탄소 섬유판의 손상을 방지합니다.

01 연속 장섬유

제품 특징:탄소 섬유 제조업체에서 가장 흔하게 생산하는 제품 형태인 섬유 다발은 수천 개의 모노필라멘트로 구성되며, 꼬임 방식에 따라 NT(Never Twisted, 꼬임 없음), UT(Untwisted, 꼬임 없음), TT 또는 ST(Twisted, 꼬임 있음)의 세 가지 유형으로 나뉘는데, 이 중 NT가 가장 일반적으로 사용되는 탄소 섬유입니다.

주요 응용 프로그램:주로 CFRP, CFRTP 또는 C/C 복합재료와 같은 복합재료에 사용되며, 응용 분야는 항공기/우주 장비, 스포츠 용품 및 산업 장비 부품을 포함합니다.

02 스테이플 섬유사

제품 특징:짧은 섬유사란, 일반적인 피치계 탄소 섬유와 같은 짧은 탄소 섬유로 방적한 실을 말하며, 일반적으로 짧은 섬유 형태의 제품입니다.

주요 용도:단열재, 마찰 방지재, C/C 복합 부품 등

03 탄소 섬유 직물

제품 특징:탄소섬유 직물은 연속 탄소섬유 또는 탄소섬유 방적사로 만들어집니다. 직조 방식에 따라 직조 직물, 편직 직물, 부직포로 나눌 수 있습니다. 현재는 주로 직조 직물이 사용됩니다.

주요 응용 프로그램:연속 탄소 섬유와 마찬가지로 주로 CFRP, CFRTP 또는 C/C 복합 재료와 같은 복합 재료에 사용되며, 응용 분야에는 항공기/우주 장비, 스포츠 용품 및 산업 장비 부품이 포함됩니다.

04 탄소 섬유 편조 벨트

제품 특징:이는 탄소 섬유 직물의 일종으로, 연속 탄소 섬유 또는 탄소 섬유 방적사로 직조됩니다.

주요 용도:주로 수지계 보강재, 특히 관형 제품의 생산 및 가공에 사용됩니다.

05 잘게 자른 탄소 섬유

제품 특징:탄소 섬유 방적사의 개념과는 달리, 이는 일반적으로 연속 탄소 섬유를 절단 가공하여 제조하며, 절단된 섬유의 길이는 고객의 요구에 따라 자를 수 있습니다.

주요 용도:일반적으로 플라스틱, 수지, 시멘트 등의 혼합물로 사용되며, 매트릭스에 혼합함으로써 기계적 특성, 내마모성, 전기 전도성 및 내열성을 향상시킬 수 있습니다. 최근에는 3D 프린팅 탄소 섬유 복합재의 보강 섬유로 주로 잘게 자른 탄소 섬유가 사용됩니다.

06 탄소 섬유 연삭

제품 특징:탄소 섬유는 취성이 강한 소재이므로 분쇄 과정을 거쳐 분말 형태의 탄소 섬유 소재로 만들 수 있습니다. 즉, 탄소 섬유를 분쇄하는 것입니다.

주요 응용 프로그램:잘게 자른 탄소 섬유와 유사하지만 시멘트 보강재로는 거의 사용되지 않으며, 일반적으로 플라스틱, 수지, 고무 등의 복합재로 사용되어 매트릭스의 기계적 특성, 내마모성, 전기 전도성 및 내열성을 향상시킵니다.

07 탄소 섬유 매트

제품 특징:주된 형태는 펠트 또는 매트입니다. 먼저, 짧은 섬유들을 기계식 소면 등의 방법으로 겹겹이 쌓은 후 니들 펀칭으로 제작합니다. 탄소 섬유 부직포라고도 하며, 탄소 섬유 직물의 한 종류에 속합니다.주요 용도:단열재, 성형 단열재 기판, 내열 보호층 및 내식층 기판 등

08 탄소 섬유 종이

제품 특징:이 제품은 탄소 섬유를 건식 또는 습식 제지 공정을 통해 제조합니다.

주요 용도:정전기 방지판, 전극, 스피커 콘 및 발열판; 최근에는 신에너지 자동차 배터리 음극재 등 다양한 분야에서 활발하게 활용되고 있습니다.

09 탄소 섬유 프리프레그

제품 특징:탄소섬유가 함침된 열경화성 수지로 만들어진 반경질 중간재로, 우수한 기계적 특성을 지니고 널리 사용됩니다. 탄소섬유 프리프레그의 폭은 가공 장비의 크기에 따라 달라지며, 일반적인 규격으로는 300mm, 600mm, 1000mm 폭의 프리프레그 소재가 있습니다.

주요 응용 프로그램:항공기/항공우주 장비, 스포츠 용품 및 산업 장비 등

010 탄소 섬유 복합 재료

제품 특징:사출 성형 재료는 열가소성 또는 열경화성 수지에 탄소 섬유를 혼합하여 만들며, 이 혼합물에 다양한 첨가제와 잘게 자른 섬유를 첨가한 후 복합 공정을 거칩니다.

주요 응용 프로그램:이 소재는 뛰어난 전기 전도성, 높은 강성 및 경량성이라는 장점을 바탕으로 주로 장비 케이스 및 기타 제품에 사용됩니다.

저희는 또한 생산합니다.유리섬유 직접 로빙,유리섬유 매트, 유리섬유 메쉬, 그리고유리섬유 직조 로빙.

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