유리섬유 강화 플라스틱(FRP)의 특성 살펴보기

유리 섬유는 저밀도, 우수한 유전체 절연 특성, 우수한 단열성, 흡수성 및 열팽창 특성을 자랑합니다.

I. 밀도

유리 섬유의 밀도는 1.5에서 2.0으로 일반 탄소강의 1/4에서 1/5에 불과하며 경량 알루미늄보다 약 3분의 2 가볍습니다. 가벼움에도 불구하고 기계적 강도는 놀라울 정도로 높습니다.

어떤 측면에서는 일반 탄소강 수준에 근접할 수도 있습니다. 예를 들어, 특정 에폭시 유리섬유 소재는 인장, 굽힘 및 압축 강도가 400MPa를 초과합니다. 상대 강도를 고려할 때 유리 섬유는 일반 탄소강을 훨씬 능가 할뿐만 아니라 일부 특수 탄소강 수준과 일치하거나 심지어 능가 할 수도 있습니다. 합금강.

유리섬유와 여러 금속의 밀도, 인장 강도 및 상대 강도를 비교한 표 1에 나와 있습니다.

표 1

무게 대비 강도 비율: 이는 밀도 단위당 인장 강도, 즉 재료의 인장 강도와 밀도의 비율을 의미하며, 재료의 경량 및 고강도 특성의 정도를 나타냅니다.

II. 전기적 특성

유리 섬유는 전기 절연 특성이 뛰어나 기기, 모터 및 전기 제품의 절연 부품으로 적합합니다. 고주파 조건에서도 우수한 유전체 특성을 유지합니다. 단열재에서 종이와 면직물을 유리섬유 천으로 대체하면 이러한 소재의 단열 등급을 높일 수 있습니다.

동일한 수지를 사용하면 최소 한 등급을 향상시킬 수 있습니다. 유리 섬유는 단열재 총량의 1/3에서 1/2을 차지합니다. 125,000KW 모터와 같은 일부 대형 모터에서는 수백 킬로그램의 유리 섬유가 단열재로 사용됩니다.

또한 유리 섬유는 전자기장의 영향을 받지 않으며 마이크로파 투명성이 우수합니다. 표 2는 몇 가지 유형의 유리 섬유의 유전체 특성을 소개합니다.

표 2

III. 열적 특성

유리 섬유는 금속보다 2~3배 큰 비열 용량과 1/100~1/1000에 불과한 낮은 열전도율로 우수한 열 특성을 나타냅니다. 금속 재료.

또한 특정 종류의 유리섬유는 순간적인 고온에 대한 저항력이 뛰어납니다. 예를 들어 페놀 기반의 고실리카 천 유리 섬유는 극도로 높은 온도에서 탄화 층을 형성하여 로켓, 미사일 및 우주선이 대기권을 통과하는 동안 견뎌야 하는 5000~1만 K의 고온과 고속 기류로부터 효과적으로 보호합니다. 표 3은 몇 가지 소재의 열적 특성을 간략하게 설명합니다.

표 3

표 3에서 볼 수 있듯이 유리 섬유는 금속 소재가 따라올 수 없는 탁월한 단열 특성을 가지고 있습니다.

IV. 노화 저항

모든 소재는 노화 문제에 직면하며, 유리섬유도 예외는 아닙니다. 다만 그 속도와 심각성이 다를 뿐입니다. 대기 조건, 습한 열, 물에 잠기거나 부식성 매체에 노출되면 유리 섬유의 성능이 저하됩니다. 장기간 사용하면 광택 감소, 색상 변화, 수지 탈락, 섬유 노출, 박리 등의 현상이 발생할 수 있습니다.

그러나 과학 기술의 발전으로 필요한 노화 방지 조치를 취하여 성능을 개선하고 제품 수명을 연장할 수 있습니다.

예를 들어, 하얼빈에서 유리 섬유를 자연 노화 시험했을 때 패널의 인장 강도는 20% 미만으로 감소가 가장 적었고, 굽힘 강도는 일반적으로 30%를 넘지 않았으며, 압축 강도에서 가장 큰 감소가 나타났으며, 이 역시 일반적으로 25%에서 30% 사이에서 변동이 가장 큰 것으로 나타났습니다. 아래 표 4를 참조하세요.

표 4

또한 바람, 비, 햇빛과 같은 실외 요소에 노출되면 유리섬유 표면의 수지 층이 벗겨질 수 있습니다. 이를 방지하려면 정기적인 유지보수가 필요합니다.

V. 장기 내열성 및 내염성

유리 섬유의 내열성 및 난연성은 사용되는 수지의 종류에 따라 다릅니다. 연속 작동 온도는 수지의 열 변형 온도를 초과할 수 없습니다. 일반적으로 사용되는 에폭시 및 폴리에스테르 유리섬유는 가연성입니다. 내화성이 필요한 구조물의 경우 난연성 수지 또는 난연제를 사용해야 합니다. 따라서 유리섬유를 사용할 때는 주의가 필요합니다.

일반적으로 유리 섬유는 고온에서 장시간 사용할 수 없습니다. 예를 들어 폴리에스테르 유리 섬유는 40°C~45°C 이상의 온도에서 강도가 떨어지기 시작하고, 에폭시 유리 섬유는 60°C 이상에서 강도가 떨어지기 시작합니다.

최근에는 사이클로 지방족 에폭시 유리 섬유 및 폴리이미드 유리 섬유와 같은 고온 내성 유리 섬유 품종이 등장했습니다. 그러나 장기 작동 온도는 200~300°C 이내로 금속의 장기 작동 온도보다 현저히 낮습니다.

이러한 다섯 가지 물리적 특성을 고려할 때 유리 섬유는 금속이나 세라믹과 같은 소재와 다른 점이 분명합니다. 따라서 유리 섬유의 장점을 극대화하려면 적절하게 사용해야 합니다. 예를 들어, 유리 섬유는 강도가 감소하지 않기 때문에 저온 성능이 뛰어납니다.

따라서 북부 겨울의 실외 온도가 -45°C~-50°C까지 내려가도 유리 섬유는 깨지지 않습니다. 냉각탑이나 비 쉼터와 같은 실외 구조물은 북부 겨울에도 안전하게 사용할 수 있습니다.

반대로 고온 환경에서는 유리섬유를 위한 특정 수지와 포뮬러가 필요합니다. 100°C에서 지속적으로 사용하려면 고온에 강한 포뮬러와 특정 성형 공정 조건이 필요합니다. 그렇지 않으면 100°C 이상의 온도에서 연속 작업 시 유리 섬유가 손상될 수 있습니다.

VI. 유리 섬유의 화학적 특성

유리 섬유의 주요 화학적 특성은 뛰어난 내식성입니다. 금속 소재처럼 녹슬거나 부식되지 않으며 목재처럼 썩지 않습니다. 물이나 기름과 같은 매질에 의한 침식에도 거의 영향을 받지 않습니다. 화학 공장에서 탱크, 파이프, 펌프, 밸브 등을 제조할 때 스테인리스 스틸을 대체할 수 있습니다.

수명이 길 뿐만 아니라 부식, 녹, 벌레에 대한 보호 조치가 필요하지 않아 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다. 유리섬유는 내식성으로 인해 널리 사용됩니다. 일부 주요 산업 국가에서는 13% 이상의 부식 방지 제품이 유리섬유로 만들어지며, 그 사용량은 매년 증가하고 있습니다. 우리나라에서도 주로 금속을 보호하기 위해 금속 장비를 감싸는 라이닝에 주로 사용됩니다.

유리 섬유의 내식성은 주로 사용되는 수지에 따라 달라집니다. 유리 섬유에 사용되는 수지는 부식에 강하지만 금속 표면에 직접 바르면 심각한 균열을 일으킬 수 있으며 누출을 방지하거나 금속을 보호하지 못합니다.

수지에 일정량의 유리 섬유를 첨가하면 잠재적인 심각한 균열을 수많은 작은 균열로 바꿀 수 있습니다. 이러한 작은 균열이 연속적인 균열을 형성할 가능성은 최소화되며, 추가 균열을 막는 역할도 할 수 있습니다. 이는 화학 용액의 침투와 부식을 방지하는 데 도움이 됩니다.

유리 섬유는 다양한 저농도 산, 알칼리, 염분 및 용제에 대해 안정적일 뿐만 아니라 대기, 해수 및 미생물 영향에 대한 내성이 있습니다.

그러나 다른 부식성 매체의 경우 적절한 수지와 유리 섬유 및 해당 제품을 선택해야 합니다. 최근 몇 년 동안 부식 방지를 위해 유리 섬유를 사용하는 것이 점점 인기를 얻고 있으며, 이는 낮은 부식 방지 투자, 긴 서비스 수명 및 상당한 비용 절감의 이점을 보여줍니다. 스테인리스 스틸 소재를 통해 상당한 경제적 이점을 얻을 수 있습니다.

일반적으로 유리 섬유의 내식성은 다양한 부식성 매체에 넣었을 때 질량 변화를 측정하여 평가합니다. 질량 변화가 작을수록 내식성이 우수하고, 질량 변화가 클수록 내식성이 좋지 않음을 나타냅니다.

표 5에는 다양한 농도의 산 및 알칼리 용액에서 여러 종류의 유리 섬유의 질량 비율이 나와 있으며 표 6에는 산, 알칼리 및 기타 매질에서 폴리에스테르 유리 섬유의 굽힘 강도 유지율이 나와 있습니다.

표 5

표 6

* 담금 시간은 1년입니다.