제품소개

카본/그라파이트

Carbon Fiber

CARBON FIBER

Carbon Fiber, 탄소섬유. 허나 일반적으로 탄소섬유를 재료로 하여 만들어진 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer 혹은 Plastic) 를 일컬어 말한다.

CFRP는 금속보다 가벼우면서도 금속에 비해 인장강도와 탄성계수가 뛰어나다. 주의할 점은 CFRP의 압축 강도와 충격 강도는 금속 재료에 비해 상대적으로 나쁘다는 것이다.

따라서 용도 불문하고 최강의 소재라는 식의 인식은 잘못된 것이다. 더불어 탄성계수가 높다는 것을 잘 휘어지는 것으로 해석하는 일반인들이 있는데, 고탄성계수라는 공돌이 용어를 일반인 표현으로 바꿀 경우 이는 잘 휘어지지 않는다는 소리가 된다. 이러한 CFRP는 섬유부피비 60% 선에서 1.5~1.6g/㎠ 정도로 대단히 경량이면서 인장강도와 탄성계수는 특수강을 압도하는 성능을 자랑한다. 일부에서는 초고장력강도 압도하는 물성인 듯 알려져 있지만 이는 순수한 섬유의 물성이지 성형된 CFRP의 물성은 아니다. 다만 철은 밀도가 7.8g/㎠를 넘겨버리므로 비강도 측면에서 계산하면 CFRP가 매우 높다. 그래서 자동차, 자전거 등 경량과 강성을 요구하는 탈것에 많이 쓰인다. 다만 가격의 문제로 슈퍼카, 우주왕복선, 항공기 처럼 아주 비싼 경우에만 사용된다.

카본 재료비는 그리 비싼편이 아니다. 하지만 복합소재, 특히 높은 섬유비율을 뽑아내야 하는 고강도 복합소재의 특성인 더러운 노동집약적 공정으로 인해 성형품의 가격은 재료비를 훌쩍 뛰어넘게 된다. 오늘날에는 자동화된 라미네이팅을 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 상당한 성과를 보이고는 있지만, 역시 자유로운 형상의 고강도 성형품은 여전히 사람 손에 전적으로 의지하고 있다.

GRAPHITE

원료
- 원소기호 12번으로서 원유에서 추출한 Petroleum Coke 석탄에서 추출한 Pitch Coke등을주원료로 하고 Coal tar.pitch,페놀계 수지등을 결합재 (Binder)로 하여 성형한후 약1000°C ~1300°C로 소성하여 생산된다. 산화조건 하에서는 약 350°C까지 사용이 가능하다.
제조
- 위의 원료를 이용 1000~1300°C의 Baking로 내에서 탄화에 의해 카본이 생성되며, 2500 ~ 3000°C온도의 전기 저항로에서 Carbon이 Graphite화 될때 비정질의 Carbon 조직은 결정구조를 갖는 Graphite로 변한다.
- 카본이 GRAPHITZATION 되기전 기계적, 전기적 특성을 향상하기위해 필요에 따라 Pitch 함침 후 다시Baking한다. (강도, 전도도, 산화에 대한 저항력)
특성
- Carbon을 환원분위(공기가 차단된 조건)에서 약2주동안 고온(약 2,500~3,000°C)에서 소성 시키면 등 6각(Hexagonal)의 안정된 조직으로 바뀌어 Graphite가 된다.
- 산화 조건에서는 약 600°C까지 사용 가능하며 진공로등의 환원 분위기에서는 약 3,000°C의 고온에서도 사용이 가능하다.
흑연의 윤활성
미세한 양의 흑연 조각들이 상대재와 운동하는사이 얇은 흑연 막을 형성 표면에 점착되어 지는데 이 흑연 막이 두 표면 사이에 마찰을 적게 하여 마찰 표면의 기계 마모를 감소시킨다. 흑연의 윤활성은 물이나 유기용제와 같은 비 윤활액에서뿐만 아니라 물기 없는 건조 상태에서도 유용하게 사용된다.
흑연의 열특성
흑연은 3000℃이하에서는 용해되지 않는다. 흑연은 대부분의 비금속 성분이나 합성물과 대조적으로 열전도성이 우수한 열전도체이다. 이 특성은 전기적, 기계구조적 용도, 야금용 특히 금형 및 다이스를 제작 및 소재 선택 시 유리한 특성을 갖는다.
열 팽창성
흑연의 열팽창은 그 범위가 적어 온도 변화에 민감한 영향을 받는 부분에 치수(부피)나 안정성(정밀성)을 갖는데 기여한다.
화학적 특성
흑연은 상온에서 안정하나(불활성), 고온에서 금속과 공기에 반응하며, 400℃부터 대체적으로 산소와 반응한다.

GRAPHITE의 특성

  • 최고의 순도로 생산되어질 수 있다.
  • Wettability - Graphite는 대부분의 용해된 금속으로부터 젖지 (wetted) 않는다.
  • Temperature resistance - Graphite는 매우 높은 온도(약3350℃)에서 승화한다.
  • Resistance to temperature change - Graphite는 열충격에 탁월한 저항을 가지고 있으며 잦은 가열과 냉각은 문제가 되지 않는다.
  • Mechanability - Graphite는 쉽게 가공이 되며 모서리의 강도와 마멸 저항이 높다. 복잡한 구조와 미세 공차가 요구되는 곳에 정밀하게 가공될 수 있다.
  • Thermal conductivity - Graphite의 열전도도는 다른 많은 금속들 보다 높으며 온도가 올라감에 따라 떨어진다. 열전도도는 Graphite의 종류에 따라서 다양화된다.