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강화재

강화재(Reinforcement)

reinforcement

섬유강화 복합재료에서 섬유는 가장 중요한 요소이고, 일반적으로 복합재료 부피 중 가장 많은 부분을 차지하며 또한 가장 많은 하중을 전달한다. 종류에는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 특수 섬유 등이 있다.

유리 섬유	규산염을 주성분으로 하는 유리를 용융 가공하여 섬유모양으로 가공한 재료로서 섬유의 지름, 조성 등에 따라 A, E, S 등으로 분류되며 각 물성치는 다르다.
아라미드 섬유	방향족 계의 폴리아마이드 섬유로서 쉽게 부러지지 않으므로 일반 방적기로 직조할 수 있다. 뛰어난 내열성, 탄성률, 충격안전성, 내피로성, 강도를 가지고 있으므로 방탄복이나 헬멧 등의 군수물품, 폭발 및 화재보호복, 광케이블, 자동차 타이어, 항공기 내부 골재 등에 광범위하게 사용되고 있다. 힘을 가해도 잘 늘어나지 않아 골프채, 테니스 라켓 등의 스포츠 용품에서 널리 사용될 수 있다. 대표 아라미드 섬유: KEVLAR(듀퐁), HERACRON(코오롱)
탄소 섬유	유기섬유(셀롤로스, 아크릴 섬유, 비닐론, 피치 등)를 비활성 기체속에서 가열, 탄화하여 만든 섬유로서 현재 최신 복합재료에 사용되는 보강섬유의 대종을 이루고 있다.
탄화규소(SIC) 섬유	탄화규소로 이루어진 섬유로서 내산화성, 내마모성, 내부식성 및 열충격 저항성이 우수하여 항공기, 고온 가스터빈 원자로 등 첨단 하이테크 산업에서 널리 활용될 전망이다. 섬유 자체의 내열성을 살려 NASA의 스페이스셔틀 갭 충전용 등 내열 재료로도 사용되고 있다.
Basalt 섬유	현무암으로 만들어진 회갈색의 고성능 섬유이다. 유리섬유보다 인장강도 및 탄성율이 15~20% 높고, 내화학성 및 내열성이 우수하여 절연 재료 및 건축 자재로 많이 사용된다.

형태에 따른 섬유 강화재의 분류

분류	내용
Filament	평균 지름이 5 ~ 10 microns의 길이가 무한한 개개의 섬유
Strand	꼬여있지 않은 연속섬유의 기본적인 다발
Yarn	10,000개 이하의 Filament로 구성되어 직조용으로 사용하기 편하게 꼬여진 상태로 이루어진 섬유 다발
Tow	10,000개 이상의 연속 섬유가 꼬여있지 않은 상태로 이루어진 섬유 다발
Roving	연속 섬유다발을 가리키는 말로 다발 전체가 꼬여있을 수도 있고 꼬여 있지 않을 수도 있다. 주로 Filament Winding 공정에 사용된다.

금속 VS 섬유 물성치 비교

구분	종류	인장 강도 (MPa)	강성 (GPa)	밀도 (g/cm²)	비강도 (인장강도/밀도) (X10³)
섬유 강화재	유리 섬유	3450 ~ 4300	73 ~ 87	2.5	1.4 ~ 1.8
	탄소 섬유	1900 ~ 5600	230 ~ 760	1.8 ~ 2.1	1.1 ~ 1.3
	케블라 섬유	3450 ~ 3620	130 ~ 180	1.46	2.3
	보론 섬유	3450	400	2.5	1.4
	SiC 섬유	3440	400	3.5	1.1
	Al203 섬유	1400	380	3.95	0.4
금속	알루미늄	260 ~ 410	69 ~ 73	2.71	0.1 ~ 0.15
금속	Steel	450 ~ 830	207	7.87	0.06 ~ 0.1