비강성의 뜻

영률을 밀도로 나눈 값 E/ρ. 비탄성률이라고도 한다. 강, 알루미늄 합금, 티타늄 합금은 모두 약 25 GPa/(g/cm³) 전후로 거의 같다.

일본어 명칭: 比剛性

‘비강성’ 관련 연습 문제는 1개 분야에 2문제가 있습니다(복합재료 등).

이 용어의 분야: 재료 선택과 설계

비강성 연습 문제에 도전

탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)과 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP)의 비교로 옳은 것은 무엇인가?

AGFRP는 전기가 통하므로 CFRP와 달리 알루미늄 합금과 접촉시키면 갈바닉 부식을 일으키기 쉽다
BCFRP는 전파를 잘 투과하고 절연성도 높으므로, GFRP 대신 레이더를 덮는 커버나 전기 절연 부품에 적합하다
CCFRP는 비강성이 우수하지만, 전기가 통하므로 알루미늄 합금과 접촉하면 갈바닉 부식을 일으키기 쉽다

정답과 해설 보기

정답: C. CFRP는 비강성이 우수하지만, 전기가 통하므로 알루미늄 합금과 접촉하면 갈바닉 부식을 일으키기 쉽다

탄소 섬유는 밀도가 약 1.8 g/cm³로 유리 섬유(약 2.5 g/cm³)보다 작고, 영률은 약 230 GPa 이상으로 유리 섬유(약 70 GPa)의 3배 이상이므로, CFRP는 비강성과 비강도가 우수하여 항공기나 스포츠 용품에 사용됩니다. 다만 고가이며, 탄소 섬유는 전기가 통하고 전극 전위가 높기(귀하기) 때문에 알루미늄 합금과 접촉시키면 알루미늄이 갈바닉 부식을 일으키기 쉬워, 사이에 유리 섬유층을 끼우는 등의 대책을 취합니다. 전기가 통하는 것은 CFRP이며 GFRP가 아닙니다. 전파를 잘 투과하고 절연성이 높은 것은 GFRP의 특징으로, 레이돔이나 전기 절연 부품, 저렴한 선체나 욕조 등에 사용됩니다.

일방향 CFRP(섬유 방향의 영률 140 GPa, 밀도 1.6 g/cm³)와 강(영률 210 GPa, 밀도 7.9 g/cm³)의 섬유 방향 비탄성률(영률/밀도)의 비 CFRP/강에 가장 가까운 것은 무엇인가?

A약 0.67
B약 3.3
C약 4.9

정답과 해설 보기

정답: B. 약 3.3

비탄성률은 CFRP가 140/1.6 = 87.5, 강이 210/7.9 ≈ 26.6(단위는 모두 GPa/(g/cm³))이므로 비는 87.5/26.6 ≈ 3.3입니다. 영률 자체는 CFRP 쪽이 작지만 밀도가 약 5분의 1이므로, 같은 무게로 비교하면 약 3.3배의 강성이 됩니다. 약 0.67은 영률만 비교한 값(140/210), 약 4.9는 밀도의 비(7.9/1.6)만 본 값입니다. 다만 이 값은 섬유 방향에 한한 것으로, 섬유에 수직인 방향에서는 비탄성률이 강보다 훨씬 작아집니다. 실제 구조에서는 적층으로 방향을 보완하므로 비강성의 이점은 이 값보다 작아집니다.

해설 속의 ‘비강성’

탄소 섬유는 밀도가 약 1.8 g/cm³로 유리 섬유(약 2.5 g/cm³)보다 작고, 영률은 약 230 GPa 이상으로 유리 섬유(약 70 GPa)의 3배 이상이므로, CFRP는 비강성과 비강도가 우수하여 항공기나 스포츠 용품에 사용됩니다.
탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)과 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP)의 비교로 옳은 것은 무엇인가?
실제 구조에서는 적층으로 방향을 보완하므로 비강성의 이점은 이 값보다 작아집니다.
일방향 CFRP(섬유 방향의 영률 140 GPa, 밀도 1.6 g/cm³)와 강(영률 210 GPa, 밀도…

‘비강성’ 관련 문제(2문제)

재료과학 계산 도구

혼합 법칙 계산 도구섬유와 기지의 영률과 부피 분율로부터 복합재료의 영률과 비강성을 계산 재료 선정 도표(애시비 도표)재료 성질의 범위를 양대수 도표(애시비 도표)에 그리고, √E/ρ 등 성능 지수의 선으로 가볍고 강성이 높은 재료·강한 재료를 비교