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폴리머 매트릭스 복합재료 계면의 두께와 물성 규명

전문가 제언: □ 본문은 오랫동안 사용되어 왔고 복합재료 공업에서 대부분의 섬유 보강제로 쓰이는 유리섬유와 폴리머 수지와의 계면의 두께와 물성을 측정하는 기술에 대하여 개관하였다.

○ 여기에서는 이 두 물질을 결합시키기 위한 풀칠재료로 실란을 사용한다.

□ 복합재료에서 계면은 섬유질로 폴리머를 보강하는 경우 이 두 물질이 점유한 물리적 경계와 이를 연장한 유한한 부피를 가진 영역을 말한다.

○ 계면은 두 복합재료 구성물질 간에 응력전달이 생기는 영역으로 그 물질적 성질과 유효한 두께는 아직 잘 알고 있지 못하다.

○ 계면은 섬유질과 폴리머 본체와 화학적, 물리적, 구조적 그리고 기계적 성질이 다르다.
- 유리섬유와 폴리머 간의 계면은 실란의 결합 형태에 따라서 폴리머 쪽에서부터 유리섬유 쪽으로 물리적 흡수층, 화학적 흡수층과 화학적 반응층의 세 층으로 되어 있다. 그 중 물리적 흡착층이 가장 두껍고 실란도 대부분 이 층에 있다. 가장 안쪽에 있는 화학 반응층은 강하고 안정된 삼차원의 실록산으로 되어 있다.

□ 복합재료 계면 내에서 실론의 결합형태를 설명하는 많은 이론 중 화학적 결합설과 상호침투 네트워크 형설설이 가장 광범위하게 공감을 얻고 있다.

○ 화학적 결합설은 실란은 한 분자 안에 두 기능 그룹을 갖고 있어 유리섬유와는 실록산의 형태로 연결되며 폴리머와는 유기질 그룹과 연결되어 결과적으로 유리섬유와 폴리머 간의 복합재료를 이룬다는 학설이다.

○ 상호침투 네트워크 형설설은 폴리머와 실란이 서로 침투하여 그 경계에서 상호혼합이 일어난다는 학설이다.

□ 이 계면의 두께와 성질을 규명하는 실험 방법으로는 분광계를 이용하는 방법과 물리적인 힘을 가하여 휨의 정도를 측정하는 방법, 일정한 힘으로 팁과 샘플을 접촉시켜 거기서 생긴 흔적을 측정하는 방법 등이 있다.

○ 그러나 이들 기술은 아직 완벽하지 못하고 응용하는 기술에 따라 차원이 다른 두께의 측정치를 보이고 있다. 여기서 더 우수한 계기와 기발한 측정기술의 출현이 필요하다.

저자: Kim, Jang-Kyo; Hodzic, Alma
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