복합재료 구성 및 제조 공정

소개글

제품의 특성에 적합한 재료와 공정 선택에 지침이 될 수 있도록 복합재료의 특성, 종류와 구성 및 제조 공정의 장단점을 비교한다.

목차

1. 개요
1.1 정의
1.2 특징
1.3 종류
1.4 역사와 발전 단계
1.5 적용분야

2. 복합재료 구성
2.1 적층 구조 (Laminated Structures)
2.2 섬유 방향과 강도 특성 (Fiber Orientation and Strength Characteristics)

3. 강화재 (Reinforcements)
3.1 섬유 형태 (Fiber Forms)
3.2 섬유의 종류 (Types of Fiber)
3.3 번개 보호 섬유 (Lightning Protection Fibers)

4. 기지재 (Matrix Materials)
4.1 열경화성 수지 (Thermosetting Resins)
4.2 열가소성 수지 (Thermoplastic Resins)
4.3 수지의 경화 단계 (Curing Stages of Resins)
4.4 프리프레그 (Prepregs)
4.5 수지 첨가제 (Resin additives)

5. 샌드위치 구조 (Sandwich Structures)
5.1 특징 (Properties)
5.2 페이싱 재료 (Facing Materials)
5.3 코아 재료 (Core Materials)

6. 복합재료 제조 공정 (Manufacturing Processes)
6.1 스프레이 적층 (Spray Lay –up)
6.2 습식 적층 / 수 적층 (Wet Lay-up / Hand Lay-up)
6.3 진공 배깅 (Vacuum Bagging)
6.4 필라멘트 와인딩 (Filament Winding)
6.5 인발 성형 (Pultrusion)
6.6 수지이송성형 (RTM, Resin Transfer Molding)
6.7 다른 인퓨전 공정들 - SCRIMP, RIFT, VARTM etc.
6.8 프리프레그 (Prepregs)
6.9 저온 경화 프리프레그 (Low Temperature Curing Prepregs)
6.10 수지 필름 인퓨전 (RFI, Resin Film Infusion)

7. 자동차 분야 복합 소재
7.1 개발 동향
7.2 BMW 양산차 탄소섬유복합소재(CFRP) 적용 사례
7.3 기아차 쏘렌토 양산차 CFRP 적용 사례
7.4 복합소재 고압 탱크- 수소 연료 탱크

8. 소형 선박 분야 복합 소재

본문내용

1. 개요
1.1 정의
• 복합재료(複合材料, composite materials) : 거시적으로 형태 또는 구성이 다른 두 가지 이상의 재료 (보강재, 수지, 필러 등)의 조합. 구성 요소는 정체성을 유지한다. 즉, 함께 행동하더라도 서로 해체되거나 병합되지 않는다. 일반적으로 구성 요소는 물리적으로 구별되어 서로 간의 경계(인터페이스)를 나타낼 수 있다.
• 섬유 강화 플라스틱 (고분자) (FRP, Fiber Reinforced Plastics (Polymer) : 섬유 또는 다른 보강 물질에 의해 강화된 고분자 물질의 매트릭스
1.2 특징
• 통상적인 소재를 능가하는 장점
• 중량대비 고강도
• 내 부식성
• 낮은 유지 보수
• 연장된 서비스 수명
• 디자인 유연성
복합재료를 이해하기 위해서는 예전 볏짚이나 대나무를 넣고 바른 흙담을 생각하면 될 것이다. 복합재료는 기존의 재료에서 기대할 수 없는 우수한 특성을 가지고 있는데, 그중 가장 특별한 것이 재료의 이방성과 그에 따른 설계의 유연성이라고 할 수 있다. 보통의 금속 재료는 재료의 방향에 관계없이 그 성질이 일정한 등방성(等方性)이 대부분인데 비하여 복합재료는 바탕이 되는 재료에 아주 높은 강도를 갖는 보강 섬유를 하중이 걸리는 방향으로 배열하여 사용 조건에 따라 효과적으로 재료를 설계할 수 있다.

<중 략>

1.4 역사와 발전 단계
1) 근대적인 개념의 복합재료
보강섬유로 강화된 복합재료는 그 기원을 고대 이집트에서 밀집으로 보강된 벽돌에서 찾을 수 있고, 우리나라에서는 전통 건물의 흙벽을 볏짚으로 보강한 구조에서 볼 수 있다. 근대적인 개념의 복합재료는 1940년대에 개발된 유리섬유 복합재료를 그 시발점으로 여기고 있다. 연구 개발의 대부분은 실제로 강도와 경량이 항상 주요 관심사였던 항공기 및 항공 우주 산업에서 비롯되었고 주변 산업으로 확산되었다. 1960년대 이후부터 본격적으로 개발되기 시작하여 항공·우주, 자동차, 철도차량, 선박, 방위산업 제품, 스포츠 용품 및 건설 자재에 이르기까지 널리 사용되고 있는 대표적인 신소재이다. 가장 잘 알려져 있기로는 FRP (Fiber Reinforced Plastics)다.

참고 자료

U.S. Department of Transportation, Aviation Maintenance Technician Handbook – Chapter 7 Advanced Composite Materials, 2012
U.S Department of Defense , COMPOSITE MATERIALS HANDBOOK Volume 1. Polymer Matrix Composites Guidelines for Characterization of Structural Materials, 2002
SP Systems, Guide to Composites
Norman Nudelman, Principles of Fiberglass Boat Design and Construction, Westlawn Institute of Marine Technology, 1990.
Eric Greene, MARINE COMPOSITES, Eric Greene Associates, Inc. 1999