복합재료 보강재 및 모재 역할 탄소섬유 금속재료기술사 서브노트

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Q. 복합재료에 대하여 설명하시오.

Q. 신소재 중 복합재료는 보강재 (reinforcement)와 모재 (matrix) 의 종류에 따라서 크게 3가지 종류로 나뉜다.

이 세가지 복합재료를 나열하고 각 경우의 보강재 및 모재 역할에 대해서 설명하시오.

 

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I. 복합재료

 1. 현대 과학 기술은 여러 가지 특성을 동시에 조합하여 갖고 있는 재료를 요구하는데, 이러한 특성은 전통적인 금속 합금, 세라믹, 폴리머 재료 등 한 가지 유형의 재료에 의하여 만족되기가 어렵다.

 2. 일반적으로 복합재료는 여러가지 상으로 구성된 재질로서, 각 구성 재료의 개개의 성질이 조합되어 나타난다.

 3. 복합 작용의 원리에 의하면, 두 개 이상의 서로 다른 재료를 적절하게 조합함으로써 향상된 성질을 얻을 수 있지만, 일부 특성이 개개의 성질보다 저하되기도 한다.

 4. 복합재료는 두 개의 상으로 구성되어 있으며, 그중 하나를 모재, 기지 (matrix)라고 하고, 이것은 연속적이고 분산상인 보강재 (reinforcement) 라하는 다른 상을 둘러싸고 있다.

 

II 복합재료의 종류

1. 복합재료는 기지와 보강재에 따라 크게 세 가지로 분류된다.

 1) 입자 강화 복합재료 : 금속 중에 0.01㎛ ~ 0.1㎛ 미립자를 수% 분산시켜 기지 자체의 변형 저항을 높여서 기계적 특성을 향상한다. (서멧, 콘크리트)

 

출처 https://support.anisoprint.com/

 

 2) 섬유 강화 복합재료 : 비탄성률, 비강도가 높은 재료를 만든다.

기지상으로부터 섬유에 하중이 전달되는 정도에 따라 기계적 특성이 변한다.

  i) 섬유강화 복합재료 기지상은 섬유를 서로 결합시키고 외부 응력을 섬유에 전달하는 역할을 한다.

  ii) 기지는 연성이 있어야 한다.

  iii) 기지상과 섬유는 서로 분리시켜 균열 전파를 방지하는 역할을 한다.

 

섬유 복합재료 기지 그래프

 3) 구조용 복합재료 : 균일한 재질과 복합재료로 구성되어 있어, 다양한 구조부품의 기하학적 설계에 따라 특성이 변화한다.

  i) 층상 복합재료 : 고강도를 나타내는 방향을 가진 재료를 서로 다른 방향을 적층 시킨 후 결합한다.

  ii) 샌드위치 패널

FRP sandwich panel

III. 복합재료의 실용

 1. 복합소재라는 단어가 첨단의 이미지로 느껴져 항공우주, 건축토목, 원자력과 같은 첨단 분야에서 주로 실용 될 것으로 생각되지만, 산업전반과 우리 생활 구석구석에 실용되고 있다.

 

실용 복합재료

탄소섬유

1) 탄소섬유 복합재료의 보강재, 강화제로 사용된다.

2) 강화제 중 높은 비강도와 비탄 성률을 지닌다.

3) 고온에서 높은 인장 계수 및 고강도를 지닌다.

4) 상온에서 매우 안정한 상태이다.

5) 탄소 섬유는 여러 가지 물리적 성질을 나타내므로 요구되는 특성에 맞게 제조가 가능하다.

6) 비교적 저렴하다.

 

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