소개
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)와 GFRP(유리섬유 강화 플라스틱)는 고유한 소재 특성으로 인해 수많은 첨단 기술 분야에서 없어서는 안 될 소재입니다. 이들의 주요 특징은 높은 강도와 가벼운 무게입니다. 열전도율이 낮기 때문에 항공우주, 자동차 및 전자 분야의 첨단 기술 응용 분야에 이상적입니다. 방향성(이방성) 열 특성은 섬유를 따라 열전도율이 섬유를 가로지르는 것보다 높기 때문에 응용 분야에서 특별한 역할을 합니다. 레이어 구조 덕분에 섬유의 방향을 지정하여 원하는 방식으로 열을 발산하거나 특정 영역을 효과적으로 단열할 수 있습니다. 이러한 유연성 덕분에 위성의 온도 변화를 최소화하거나 배터리의 열을 조절하는 등 맞춤형 솔루션을 구현할 수 있습니다.
측정 조건 및 결과
열적 특성을 측정하는 데는 레이저/광 플래시 분석이 특히 적합합니다. 처음에는 방향의 함수인 열 확산도를 LFA 717 HyperFlash® 과 같은 기기를 사용하여 측정합니다. 그 후 밀도 및 비열 용량에 대한 데이터를 적용하여 역시 방향의 함수인 열 전도도를 계산할 수 있습니다. 측정 조건은 표 1에 자세히 나와 있습니다.
표 1: 측정 매개변수
| 분석 기기 | LFA 717 HyperFlash® |
|---|---|
| 샘플 크기 | 10mm x 10mm x 2.5mm - 스루플레인 10mm x 2.5mm의 여러 스트립 - 평면 내 |
| 샘플 홀더 | 10mm 정사각형 - 스루플레인 10mm 라미네이트 샘플 홀더 - 평면 내 |
온도 포인트 | 20~150°C(10K 단계) |
| 분위기 | 100 ml/min, N2 |
그림 1은 평면 통과 방향(섬유에 수직)과 평면 내 방향(섬유에 평행)에서의 GFRP의 열 확산도를 보여줍니다. 열 확산도는 온도가 증가함에 따라 약간 감소합니다. 110°C에서 130°C 사이에서는 폴리머 매트릭스의 유리 전이를 나타내는 small 기울기 변화를 볼 수 있습니다. 평면 내 열 확산도는 평면 통과 방향보다 약 35~40% 더 높습니다.
CFRP 소재도 마찬가지로 그림 2에 나와 있습니다. 다시 말하지만, 평면 내 열 확산성이 평면 관통 열 확산성보다 높습니다.
CFRP 소재의 경우 방향 간 차이가 GFRP 소재보다 훨씬 큽니다. GFRP 샘플의 경우 35~40%가 아니라 500~600%입니다. 이러한 현저한 차이는 유리 섬유보다 훨씬 더 높은 열 확산성을 가진 탄소 섬유 때문입니다. 이는 모든 측정값을 요약한 그림 3에서 특히 명확하게 확인할 수 있습니다.
결론
또한 LFA 방법은 방향에 따른 열 확산도와 열 전도도를 측정할 수 있어 첨단 애플리케이션의 설계 및 구축에 중요한 데이터를 제공합니다.