1860년, 조셉 스완은 백열전구의 원형인 반진공 탄소선 램프를 발명했습니다. 어두운 밤을 밝히기 위해 전등의 발광체로 탄소 섬유가 사용되었습니다.
초기 탄소 섬유는 눈에 띄지 않았습니다. 천연 섬유로 만들어졌고 구조적 강도가 약했으며, 필라멘트 품질이 좋지 않아 사용 중 쉽게 끊어지고 내구성도 좋지 않았습니다. 결국 텅스텐 필라멘트로 빠르게 대체되었습니다. 결과적으로 탄소 섬유 연구는 침체기에 접어들었습니다.
1950년대 항공우주 분야에서 고온, 내식성, 고강도 소재에 대한 수요가 증가하면서 사람들은 다시 탄화물에 관심을 갖게 되었습니다. 일련의 연구 끝에 마침내 3,600℃의 녹는점을 가진 소재가 발견되었고, 공식적으로 "탄소 섬유"라는 이름이 붙었습니다.
탄소 섬유의 가장 큰 특징은 경량, 고강도, 높은 비강도 및 비탄성률입니다. 밀도는 강철의 1/4 미만이며, 인장강도는 철의 약 10배, 탄성률은 철의 약 7배입니다. 또한, 탄소 섬유는 비피로성, 불녹성, 화학적 안정성, 우수한 열 안정성 등 다양한 우수한 특성을 가지고 있습니다.
항공 엔진 분야에서 탄소섬유는 주로 수지, 금속, 세라믹 등의 기질과 결합하여 강화된 베이스 형태로 사용되며, 이 조합을 탄소섬유 강화 복합재(CFRP)라고 합니다. 이는 중량 감소와 효율성, 소음 및 배출 감소, 재료 강도 및 연료 경제성 향상 측면에서 효과적입니다.
복합소재는 항공 엔진의 고온 부품에도 점차 사용되고 있습니다. 예를 들어 탄소 섬유 강화 이중 말레산아미드(BMI)로 제작된 GEnx 가변 오버플로우 밸브(VBV) 카테터는 카테터당 무게가 3.6kg에 불과합니다. 러시아 SaM146 엔진의 혼류 노즐(MFN) 또한 탄소 섬유 강화 BMI 부품을 사용하는데, 이는 금속보다 약 20kg 더 가볍습니다.
미래에는 탄소섬유 복합재의 강도와 인성이 더욱 향상됨에 따라 항공 엔진에 탄소섬유 복합재를 적용하는 것이 대중화될 것입니다. 열수축 플라스틱 공정으로 CFRTP를 강화하고, CFRC 탄소/탄소 복합재를 형성하기 위한 탄소 공정을 강화하고, CFRM 금속 공정으로 형성을 강화하고, 고무 공정으로 CFRR을 형성을 강화하는 등 다양한 방법이 있을 것입니다. 어느 쪽이든 탄소섬유 복합재는 미래의 고성능 항공 엔진에 필수적인 소재가 될 것입니다.
게시 시간: 2019년 4월 9일