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레이저에 의한 탄소섬유강화 플라스틱의 가공기술

전문가 제언: ○ 고분자화학 중합체물질(polymer)인 플라스틱이 공업용품, 가정용품이나 의류 등 다양한 곳에 이용되기 시작한지 이미 반세기가 지난 것으로 생각된다. 플라스틱에는 크게 열가소성수지와 열경화성수지로 나누며, 열가소성수지에는 폴리프로필렌(PP), 나일론(PA6, PA66, PA12등), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌 술파이드(PPS) 등이 있고, 열경화성수지에는 페놀레진, 아미노수지, 에폭시수지 등으로 열경화성 수지는 재활용이 어려운 반면 열가소성수지는 재활용이 가능하여 친환경적이다.

○ 그래서 열가소성수지에 유리섬유, 탄소섬유, 보론 섬유 등을 함침 시켜 복합재료를 만들어 다양한 분야에 적용하고 있다. 유리섬유강화플라스틱(GFRP)은 유리섬유 자체가 인체에 유해하므로 사용이 억제되고 있으며, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 비강도가 높고 비중이 1.6정도라 자동차부품, 항공기부품 등 경량화를 필요로 하는 분야에 많이 적용되고 있다. 또 붕소(Boron)섬유강화플라스틱(BCFRP)은 많은 탄성변형을 필요로 하는 테니스채, 골프채, 낚시 대 등에 쓰이고 있다.

○ 이들 복합재료의 기계적 특성은 뛰어나지만 냉간에서의 성형가공성은 어려워 온간을 이용하며, 냉간에서의 전단이나 절삭가공에 있어서는 특수한 연구를 필요로 하고 있다. 예를 들면 냉간에서 블랭킹이나 피어싱 등의 전단가공을 하면 절단면 부근이 부스러지거나 파손이 생기는 문제가 있어 가공조건의 연구가 필요하다. 이를 해결하기 위한 가공법개발에 있어 각종 초단파 레이저를 사용하여 훌륭한 전단면을 얻을 수 있었다는 보고가 있다.

○ 레이저가공은 재료에 순간 열을 가하여 재료를 용융제거하기 때문에 수지와 섬유의 용융조건이 다르므로 가공조건 선택에 유의 할 필요가 있다. 국내에서도 자동차 경량화를 위해 섬유강화플라스틱의 적용은 증가하고 있으나 가공정밀도 향상과 가공코스트 저감 화에 대한 노력은 선진공업국에 미치지 못하여 이의 개발연구가 적극적으로 이루어지길 바란다.

저자: Maneharu KUTSNA and Hiroki INOUE
자료유형: 니즈학술정보