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복합재료에서의 고분자의 역할과 전망

전문가 제언: ○ 섬유는 옛날부터 의복, 불상의 부형, 강화제 등으로 사용되어 왔다. 최근 탄소섬유, 세라믹스섬유 등 고기능섬유가 출현하여 우주?항공분야에서 복합재료로서 급속히 발전하고 있다. 최근 비행기의 주 날개, 동체 등 소위 기체구조에 수지가 부착된 섬유가 사용되고 있다. Boeing, Airbus는 연료 비등 가운데 경량화를 통한 연비 향상을 위해 복합재료화를 추진하고 있다. 현재 판매되고 있는 A380, B787뿐만 아니고 차기, 차차기 개발까지 섬유 사용 복합재료가 중심에 있다. 비행기의 제작방법에 큰 변화가 일고 있다.

○ 복합재료는 항공기에 있어서 아주 중요한 재료로 위치하고 있다. 본고에서는 복합재료의 역학 특성을 매트릭스인 고분자재료의 입장에서 설명한다. 또한 연구의 중요 과제로 되어 있는 신규 성형법 및 내열성 그리고 기타 고기능화를 지향하는 새로운 수지에 관해서 소개한다.

○ 고분자 매트릭스 섬유강화 복합수지(FRP), 특히 탄소섬유를 사용한 CFRP는 항공기의 1차 구조 부품재료로서 없어서는 안 될 재료이다. 매트릭스의 고분자재료로서는 대부분의 경우 에폭시수지가 사용된다. 군용기 등 내열성을 필요로 하는 구조에서는 부분적으로 비스말레이미드수지나 폴리이미드 등이 사용되는 경우도 있다.

○ 최근 Airbus를 추격하는 입장인 Boeing사는 B787 중형기의 주 날개, 동체 등 주요 부분에도 대폭 사용하여 50%를 넘는 설계가 이루어지고 있다. 주로 사용되는 탄소섬유 복합재료는 가볍고 강할 뿐만 아니라 일체성형으로 대형화할 수 있어 부품 개수를 대폭 줄이고 조립비용도 절감할 수 있다.

○ 강화섬유가 배치된 방향과는 다른 방향으로 그 성능을 발휘하고 금속재료와는 다른 최적 설계를 행하는 것이 가능하다. 섬유의 특성인 드레이프(drape)성을 살려 설계에서 요구되는 복잡한 형상으로 부형할 수 있다. 유럽에서는 기존의 섬유(textile) 기술을 시장 요구에 맞추는 움직임이 항공기산업을 중심으로 급격히 전개되고, 고기능섬유를 사용한 복합재료의 중요성은 점점 증대되고 있다.

저자: Masaki Hojo, Toshio Ogasawara
자료유형: 학술정보