탄소섬유 펠트가 다양한 분야에서 고성능 소재로 선호되는 이유
탄소섬유 펠트 , 경량, 고온 저항 및 고강도의 복합 특성을 갖춘 은 환경 보호, 에너지, 항공 우주 및 기타 분야에서 기존 재료의 핵심 대안이 되었습니다. 핵심 장점은 독특한 구조와 구성에서 비롯됩니다. 무질서하게 짜여진 탄소 섬유로 형성된 다공성 네트워크는 탄소 섬유 자체의 높은 강도(최대 3000MPa 이상의 인장 강도)를 유지할 뿐만 아니라 다공성(보통 40%-80%)으로 인해 우수한 공기 투과성과 흡착성을 보유합니다. 무게로 따지면 탄소섬유 펠트는 밀도가 강철의 4분의 1도 안되는 1.6~2.0g/cm3에 불과하지만 금속재료의 내열한계를 훨씬 뛰어넘는 2000℃ 이상의 온도에서도 견딜 수 있다. 이러한 특성으로 인해 다공성 구조를 통해 입자를 차단하면서 높은 연도 가스 온도를 견딜 수 있는 고온 여과 응용 분야(예: 산업용 가마 연도 가스 처리)에 적합합니다. 에너지 분야에서 배터리 전극 기판으로 사용하면 전도성과 전해질 투과성 요구 사항을 동시에 충족할 수 있습니다. 또한, 탄소섬유 펠트는 매우 강한 화학적 안정성을 가지며, 몇 가지 강력한 산화제를 제외하고는 산이나 알칼리와 거의 반응하지 않아 부식 환경에서 장기간 사용하기에 적합합니다. 유리 섬유 펠트와 같은 대체 소재에 비해 피로 저항성이 더 뛰어나고 반복 응력 후에도 취성 및 파손이 적기 때문에 성능과 수명이 모두 필요한 고급 응용 분야에서 대체할 수 없는 위치를 차지합니다.
고온 연기 여과에 사용되는 탄소섬유 펠트의 효율성 테스트 및 적용 원문보기 인용
산업 가마, 폐기물 소각 등 고온 연기 여과 시나리오에서는 표준화된 테스트를 통해 탄소섬유 펠트의 여과 효율과 안정성을 검증해야 합니다. 일반적으로 사용되는 테스트 방법은 “고온 배가스 모의 실험”입니다. 5~10mm 두께의 탄소섬유 펠트 샘플을 여과 장치에 고정하고 직경 0.1~10μm(온도는 800~1200℃로 설정, 유속 1.5~2m/s)의 입자를 포함하는 모의 배가스를 투입하고 24시간 연속 여과 후 여과 전후의 입자 농도를 측정합니다. 적격 표준은 0.3μm보다 큰 입자에 대한 여과 효율이 ≥99%이고 여과 저항의 증가가 초기 값의 30%를 초과하지 않는다는 것입니다. 실제 적용에서는 배가스 구성에 따라 처리 방법을 선택해야 합니다. 산성 가스(예: 황산 미스트)를 포함하는 배가스의 경우 표면 개질을 통해 내식성을 높이기 위해 실란 처리 탄소 섬유 펠트를 사용해야 합니다. 기름진 입자가 포함된 시나리오의 경우 기공 막힘을 방지하기 위해 펠트 본체를 소수성 코팅으로 처리해야 합니다. 설치하는 동안 탄소 섬유 펠트는 공기 저항을 줄이면서 여과 면적을 늘리기 위해 주름진 필터 백으로 만들어야 하며, 연도 가스의 균일한 통과를 보장하기 위해 필터 백 사이에 10-15cm 간격을 두어야 합니다. 사용시에는 3~6개월마다 고온 역블로 세척(200~300℃ 압축공기 사용)을 하여 표면에 부착된 이물질을 제거하고 여과 효율의 안정성을 유지해야 합니다.
탄소섬유 펠트와 유리섬유 펠트의 내식성 비교 분석
탄소 섬유 펠트와 유리 섬유 펠트의 내식성 차이는 주로 화학적 안정성과 환경 적응성에 반영되며 사용 시나리오의 매체 특성을 기준으로 선택해야 합니다. 산성 환경(예: pH 2-4의 산업 폐수 처리)에서 탄소 섬유 펠트는 상당한 이점을 보여줍니다. 주요 구성 요소는 화학적 불활성이 강한 탄소입니다. 염산, 황산 등 비산화성 산과 장기간 접촉할 경우 중량 감소율은 연간 1% 미만인 반면, 유리 섬유 펠트(이산화규소 함유)는 규소-산소 결합으로 인해 산에 의해 부식되고 중량 감소율은 연간 5~8%이며 표면에 백킹이 나타납니다. 알칼리성 환경(예: pH 10-12의 연도 가스 탈황 시스템)에서 두 가지의 내식성은 비교적 유사하지만 탄소 섬유 펠트는 취성 방지 능력이 더 좋습니다. 유리 섬유 펠트는 강한 알칼리의 장기간 작용으로 점차 인성을 잃고 외력에 따라 부서지기 쉬운 반면 탄소 섬유 펠트의 기계적 특성 유지율은 80% 이상에 도달할 수 있습니다. 불화물이 포함된 환경(예: 알루미늄 공장 전해조의 폐가스 처리)의 경우 탄소 섬유 펠트의 내성이 유리 섬유 펠트보다 훨씬 우수합니다. 그 이유는 불화물 이온이 유리의 실리콘과 반응하여 불화 규소 가스를 형성하여 재료 품질 저하를 초래하는 반면 탄소 섬유는 반응하지 않기 때문입니다. 또한, 탄소섬유 펠트는 유기용제(톨루엔, 아세톤 등)에 거의 영향을 받지 않는 반면, 유리섬유 펠트의 수지 코팅은 용해되어 구조가 느슨해질 수 있습니다.
탄소섬유 펠트 전지 전극기판 가공 및 절단 기술 핵심 포인트
탄소섬유 펠트를 배터리 전극 기판으로 가공할 때 절단 정확도와 표면 처리는 전극 성능에 직접적인 영향을 미치므로 공정 세부 사항을 엄격하게 제어해야 합니다. 절단하기 전에 탄소 섬유 펠트를 전처리해야 합니다. 온도 20-25℃, 습도 40%-60%의 환경에 24시간 동안 평평하게 놓아 재료의 내부 응력을 제거하고 절단 후 뒤틀림을 방지합니다. 절단에는 레이저 절단기를 사용해야 하며, 레이저 출력은 50-80W로 설정하고 절단 속도는 50-100mm/s로 설정해야 합니다. 이 방법은 기계적 절단으로 인한 모서리 섬유 탈락을 방지할 수 있으며, 동시에 절단 모서리가 고온에 의해 즉시 녹아 매끄럽고 밀봉된 모서리를 형성하여 후속 사용 시 섬유 불순물 배출을 줄입니다. 절단 크기 오류는 특히 라미네이트 배터리에 사용되는 기판의 경우 ±0.1mm 이내로 제어되어야 합니다. 크기 편차가 너무 크면 전극 정렬이 불량해지고 충방전 효율에 영향을 미칩니다. 절단 후 표면 활성화 처리가 필요합니다. 탄소섬유 펠트를 5%~10% 질산 용액에 담그고 60℃에서 2시간 동안 처리한 후 꺼내서 중성이 될 때까지 탈이온수로 헹구십시오. 건조 후 표면 수산기 수가 30% 이상 증가해 전극 활물질과의 결합력이 향상된다. 처리된 기판은 장기간 노출로 인한 표면 활성 저하를 방지하기 위해 48시간 이내에 전극으로 코팅되어야 합니다.
탄소섬유 펠트 단열층 두께가 단열 효과에 미치는 영향 법칙
탄소섬유 펠트를 고온 장비의 단열층으로 사용할 때 두께와 단열 효과 사이의 관계는 비선형적이므로 장비의 작동 온도에 따라 과학적으로 설계해야 합니다. 상온~500℃ 범위에서는 두께가 증가함에 따라 단열효과가 크게 향상되며, 두께가 5mm에서 20mm로 증가하면 열전도율은 0.05W/(m·K)에서 0.02W/(m·K)로 감소하고, 두께 증가로 인해 열전도 경로가 확장되고 기공 내 정체공기층이 열전달을 방해하기 때문에 단열성능은 60% 증가한다. 온도가 800℃를 초과하면 단열 효과에 대한 두께의 영향이 약해집니다. 20mm에서 30mm로 증가하면 열전도율은 5%-8%만 감소합니다. 고온에서는 열 복사가 주요 열 전달 모드가 되고 단순히 두께를 늘리는 것만으로는 복사 열 전달을 줄이는 데 제한적인 영향을 미치기 때문입니다. 실제 적용에서는 작업 온도에 따라 복합 구조를 선택해야 합니다. 단일 탄소 섬유 펠트 층은 500℃ 이하에서 10-15mm 두께로 사용할 수 있습니다. 800-1200℃의 경우 "탄소 섬유 펠트 반사층"의 복합 구조가 필요합니다. 즉, 각 10mm 탄소 섬유 펠트는 반사층을 사용하여 열 복사를 차단하는 알루미늄 호일 반사층과 일치합니다. 이때 총 두께를 20~25mm로 조절하면 이상적인 효과를 얻을 수 있으며, 과도한 두께는 장비의 부하를 증가시킵니다. 설치하는 동안 단열층이 접합부에서 5~10mm 중첩되도록 이음새가 없는지 확인하고 뜨거운 공기가 틈을 통해 침투하는 것을 방지하기 위해 고온 저항 스레드 스티칭으로 고정해야 합니다.
화학적 처리를 통한 탄소섬유 펠트의 강도 강화 구현 방법
화학적 처리를 통해 탄소섬유 펠트의 강도를 높이려면 섬유 간의 약한 결합력을 목표로 전체 구조를 강화하는 함침-경화 공정을 채택해야 합니다. 일반적으로 사용되는 방법은 수지 함침 처리입니다. 고온 저항성 에폭시 수지(내열성 ≥200℃)를 선택하고 경화제와 10:1의 비율로 혼합한 후 적당량의 아세톤을 첨가하여 점도 500~800mPa·s로 희석하고 탄소섬유 펠트를 완전히 담근 후 진공 환경(-0.09MPa)에서 30분간 탈포하여 수지가 완전히 침투하도록 합니다. 모공. 꺼내서 롤러로 짜서 레진 함량을 펠트 중량의 30~40%로 조절한 후(과다하면 무게가 늘어나고, 부족하면 강화 효과가 제한됨) 오븐에 넣어 120℃에서 1시간 동안 사전 경화시킨 후, 180℃에서 2시간 동안 가열하여 경화시키면 레진이 3차원 망상구조를 형성하여 탄소섬유가 단단하게 결합됩니다. 이 처리 후 탄소 섬유 펠트의 인장 강도는 50%-80% 증가할 수 있으며 인열 저항은 더욱 크게 향상됩니다. 더 높은 강도가 필요한 시나리오의 경우 탄소 나노튜브 개질 처리를 사용할 수 있습니다. 탄소 섬유 펠트를 탄소 나노튜브 분산액(농도 0.5%-1%)에 담그고 30분간 초음파 처리를 수행하여 탄소 나노튜브가 섬유 표면에 부착되도록 한 다음 불활성 가스 보호 하에 800℃에서 1시간 동안 탄화합니다. 탄소 나노튜브는 섬유 사이에 "브리징" 구조를 형성하여 재료의 고온 저항성을 유지하면서 강도를 더욱 향상시킵니다. 처리된 탄소 섬유 펠트는 인장 강도가 50MPa 이상이고 구조적 베어링 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 강도 테스트를 거쳐야 합니다.
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