절단된 탄소섬유 대 연속 탄소섬유: 주요 성능 차이

탄소섬유 컴포지트 분야에서 '단절된 탄소섬유'와 '연속 탄소섬유'는 두 가지 필수 키워드입니다. 두 재료 모두 탄소섬유 보강재로 사용되지만, 구조 형태, 기계적 특성, 가공 방법 등에서 뚜렷하게 다른 '성격'을 가지고 있습니다. 응용 상황에 대한 매우 효과적인 해결책이 됩니다.
그렇다면 두 제품 간의 주요 성능 차이는 무엇이며, 실용적인 응용에서 어떻게 선택해야 할까요? 이 기사에서는 한눈에 명확하게 이해할 수 있도록 도와드립니다.

서로 다른 섬유 형태

잘린 탄소 섬유
이 공정은 연속적인 탄소섬유를 몇 밀리미터에서 수십 밀리미터 길이의 단섬유로 절단하는 것으로, 일반적으로 0.1–12mm입니다. 이러한 섬유는 쌀알이나 원통형 다발처럼 보이는 짧은 조각 또는 파편 형태입니다.

연속 탄소 섬유
섬유의 전체 길이를 유지하면서 일방향, 직물 형태 또는 다축 방식으로 정렬하면 하중 지지 및 전달을 정밀하게 수행할 수 있습니다. 필라멘트의 길이는 수 킬로미터를 초과할 수 있으며, 릴 위에 실이나 필라멘트 다발 형태로 감겨 있습니다. 하나의 다발에는 1,000가닥(1k), 3,000가닥(3k), 12,000가닥(12k) 또는 그 이상의 개별 필라멘트가 포함될 수 있습니다.

기계적 특성의 차이

보강 효과 측면에서:

잘린 탄소 섬유
(1) 제한된 섬유 길이로 인해 빈번한 하중 전이가 계면을 통해 이루어져야 함
(2) 상당한 강도 향상 효과가 있으나, 연속 섬유 보강 시스템에 비해 여전히 낮음
(3) 구조적 하중 지지보다는 "성능 개선"에 더 적합함

연속 탄소 섬유
(1) 끊김 없는 응력 전달 경로를 갖는 연속 섬유
(2) 탄소섬유의 높은 인장강도 및 탄성계수 특성을 충분히 활용함
(3) 단절된 탄소섬유 대비 인장, 굽힘, 피로 성능에서 현저히 우수함
연속 탄소섬유는 "하중 지지 구조"에 적합하며, 단절 탄소섬유는 주로 "성능 향상제" 역할을 함

이방성 변화: 조절 가능 대 균형 유지

단절 탄소섬유 복합재
(1) 무작위 섬유 분포
(2) 비교적 균형 잡힌 등방성 특성
(3) 복잡한 응력 조건이나 다방향 하중 환경에 더 적합함

연속 탄소섬유 복합재
(1) 뚜렷한 이방성을 나타냄
(2) 설계 방향에서는 뛰어난 성능을 발휘하나, 비하중 방향에서는 상대적으로 약함
(3) 적층 설계를 통한 "방향성 보강"이 필요함
이는 또한 단절된 탄소섬유가 사출 성형 부품에서 널리 사용되는 주요 이유이기도 함.

가공 방법의 차이: 효율성과 성능 간의 트레이드오프

잘린 탄소 섬유
(1) 사출 성형, 압출, 압축 성형 등의 공정에 적합함
(2) 형성 효율이 높아 대량 생산에 이상적임
(3) 열가소성 수지 시스템과 쉽게 호환 가능

연속 탄소 섬유
(1) 레이업, 권선, 프레스트루전, RTM 및 프리프레그 공정에서 주로 사용됨
(2) 고도의 장비와 공정 제어를 필요로 하는 복잡한 제조 공정
(3) 고성능 맞춤형 구조 부품에 더 적합함
생산 능력과 비용 통제를 우선시한다면, 단절 섬유가 더 큰 이점을 제공합니다.
최고 성능을 추구한다면 연속 섬유는 실질적으로 유일한 선택입니다.

주요 적용 사례 비교

단절 탄소섬유의 일반적인 응용 분야
공학 플라스틱 강화 (PA, PP, PEEK 등)
자동차 기능 부품, 전자 장치 외함
산업용 구조 부품의 경량 업그레이드
전도성 코팅/잉크
콘크리트 보강 및 기타 분야

연속 탄소섬유의 주요 응용 분야
항공우주 구조 부품
풍력 터빈 블레이드 메인 스파
고급 스포츠 용품
고성능 산업용 하중 지지 부품