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성능이 향상된 복합재료

전문가 제언: ○ 섬유강화 복합재료 적층판의 두께방향 강성, 강도는 면내방향에 비하여 현저하게 낮다. 또 적층판에는 각층별 재료특성의 불연속성이 존재하므로, 층간파괴 인성치가 낮고 충격에 의한 면 손상이 발생하기 쉽다. 이들 손상은 적층판의 인장강도, 피로수명 등 여러 성능의 악화를 야기한다. 특히 항공우주분야 구조체 용도의 복합재료 강도 결정인자 중 매우 중요한 충격 후 압축강도는 충격손상 발생에 의해 대폭 저하된다. 이에 따라 층 분리 저항과, 섬유 손상, 매트릭스 균열과 같은 손상에 대한 성능의 최적화가 필요하다.

○ 층간파괴 인성치의 향상대책으로는 수지개선과 층간 섬유강화 등이 있으나, 주로 매트릭스 수지개량 방법이 활용된다. 수지개량은 매트릭스/섬유결합을 개선함과 동시에, 기본 수지를 열경화성 고분자와 열가소성 고분자 혼합체로 구성하고, 층간 영역에 강인화수지 삽입층을 형성시키는 방법이 일반적이다. 부가하여 고성능 열가소성 고분자를 배합함으로써 재료의 강인성을 증대, 적층분리에 대한 저항력을 향상시킨다.

○ 이 발명은 복합재료에서 주로 채택하는 전형적인 매트릭스 강인화 방식 중, 성능 향상을 위한 새로운 수지배합 처방을 공개한 것이다. 즉 기존 수지체계에 메타 치환된 3기능성 에폭시수지와 폴리아미드를 도입, 조합하여 서로 상충관계인 인장강도와 충격 후 압축강도 두 특성의 동시 증대를 모색하였다. 공개한 측정결과를 따른다면, 신규 수지조합에 의하여 두 특성에 대해 우수한 개선효과를 달성하고 있다. 또 다른 물성의 향상도 수반한다. 성공적인 배합처방으로 생각된다.

○ 현재 섬유강화 복합재료 매트릭스의 강인화 방식은 많은 생산자가 채용 실시하고 있으나, 이 방식은 상대적으로 고가이며 공정상 부분적으로 불리한 점도 나타나고 있다. 이는 고성능 구조재료를 위한 최적 수지의 지속적인 개발이 요구되는 이유가 되겠다. 항공우주분야 수지개발의 장래 발전방향은 주로 강인화 방식의 공정체계와 수지특성 효과에 초점이 집중할 것으로 예상되므로, 우리나라 관련업계에서도 세부적인 검토와 대비가 필요할 것이다.

저자: HEXCEL COMPOSITES LIMITED
자료유형: 특허정보