열가소성 복합재료란 무엇인가요?

최근 몇 년 동안 열가소성 수지를 기반으로 한 섬유 강화 열가소성 복합재료가 급속히 발전하여 이러한 종류의 고성능 복합재료에 대한 연구개발이 세계적으로 큰 흐름을 일으키고 있습니다. 열가소성 복합재 재료란 열가소성 중합체(폴리에테르(PE), 폴리아미드(PA), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르케톤케톤(PEKK) 등)을 말한다. 폴리에테르에테르케톤(PEEK)을 매트릭스로 다양한 연속/불연속 섬유(예: 탄소섬유, 유리섬유, 아라미돈 섬유 등)을 보강재로 사용

열가소성 지질 기반 복합재에는 주로 장섬유 강화 과립(LFT) 연속 섬유 강화 프리프레그 스트립 MT와 유리 섬유 강화 열가소성 복합재(CMT)가 포함됩니다. 다양한 사용 요구 사항에 따라 수지 매트릭스에는 PP/PAPRT/PELPCPES/PEEKPI/PA 및 기타 열가소성 엔지니어링 플라스틱이 포함되며 치수 유형에는 유리 건식 vitriol 및 borodimension과 같은 가능한 모든 섬유 종류가 포함됩니다. 열가소성 수지 매트릭스 복합재 기술의 발전과 재활용 가능한 재료의 개발로 인해 유럽과 미국 등 선진국의 다양한 재활용 재료의 급속한 발전은 나무 매트릭스 복합 재료 전체량의 30% 이상을 차지했습니다. .

열가소성 매트릭스

열가소성 매트릭스는 우수한 기계적 성질과 내열성을 지닌 열가소성 소재로 다양한 산업용품 제조에 활용될 수 있다. 열가소성 매트릭스는 고강도, 고내열성 및 우수한 내식성을 특징으로 합니다.


현재 항공분야에 적용되는 열가소성 수지는 주로 PEEK, PPS, PEI 등 내열성, 고성능 수지 기재이다. 그 중 비정질 PEI는 가공 온도와 가공 비용이 낮기 때문에 반결정 PPS 및 성형 온도가 높은 PEEK보다 항공기 구조에 더 많이 적용됩니다.
열가소성 수지는 더 나은 기계적 성질과 화학적 내식성, 더 높은 사용 온도, 높은 비강도 및 경도, 우수한 파괴 인성 및 손상 내성, 우수한 피로 저항성을 가지며 복잡한 기하학적 형상 및 구조를 성형할 수 있고 조정 가능한 열 전도성, 재활용성, 우수한 특성을 가집니다. 열악한 환경에서의 안정성, 반복 가능한 성형, 용접 및 수리 특성.

열가소성 수지와 보강재로 구성된 복합재료는 내구성, 고인성, 내충격성, 내손상성이 우수합니다. 섬유 프리프레그는 더 이상 저온에서 보관할 필요가 없으며 프리프레그 보관 기간은 무제한입니다. 짧은 성형주기, 용접 가능, 높은 생산 효율성, 쉬운 수리; 폐기물은 재활용될 수 있습니다. 제품 디자인의 자유도가 크고 복잡한 형태로 제작할 수 있어 적응성 및 기타 여러 장점이 있습니다.

보강재

열가소성 복합재료의 특성은 수지와 강화섬유의 특성에 따라 달라질 뿐만 아니라 단섬유 강화, 장섬유 강화, 연속섬유 강화의 세 가지 기본 형태를 갖는 섬유 강화 방법과도 밀접한 관련이 있습니다.

일반적으로 단섬유 보강재의 길이는 0.2~0.6mm이며, 대부분의 섬유는 직경이 70μm 이하이므로 단섬유는 분말 형태에 가깝다. 단섬유 강화 열가소성 수지는 일반적으로 용융된 열가소성 수지에 섬유를 혼합하여 제조됩니다. 매트릭스의 섬유 길이와 무작위 배향으로 인해 상대적으로 좋은 습윤성을 쉽게 얻을 수 있으며, 단섬유 복합재는 장섬유 및 연속섬유 강화 소재에 비해 기계적 특성이 최소한으로 향상되면서 제조가 가장 쉽습니다. 단섬유 복합재는 단섬유가 유동성에 미치는 영향이 적기 때문에 최종 부품을 형성하기 위해 성형 또는 압출되는 경향이 있습니다.

장섬유 강화 복합재료의 섬유 길이는 일반적으로 약 20mm로, 일반적으로 연속섬유를 수지에 습윤시키고 일정한 길이로 절단하여 제조합니다. 일반적으로 사용되는 공정은 섬유와 열가소성 수지가 혼합된 연속 로빙을 특수 성형 다이를 통해 드로잉하여 생산되는 인발 성형입니다. 현재 FDM 프린팅을 통해 장섬유 강화 PEEK 열가소성 복합재료의 구조적 특성은 200MPa 이상에 도달할 수 있고 모듈러스는 20GPa 이상에 도달할 수 있으며 사출 성형을 통해 성능이 더 좋아질 것입니다.

연속섬유 강화 복합재의 섬유는 길이가 수 미터에서 수천 미터에 이르는 "연속적"이며 연속 섬유 복합재는 일반적으로 연속 섬유에 원하는 물질을 함침시켜 라미네이트, 프리프레그 또는 편조 직물 등을 제공합니다. 열가소성 매트릭스.

(LFT-G® 장섬유 강화 열가소성 수지)

섬유강화 복합재료의 특징은 무엇입니까

섬유강화복합재료는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 등의 강화섬유재료와 매트릭스재료를 권취, 성형 또는 인발성형 공정을 거쳐 성형한 복합재료이다. 일반적인 섬유강화 복합재료는 보강재료에 따라 유리섬유강화복합재료(GFRP), 탄소섬유강화복합재료(CFRP), 아라미드섬유강화복합재료(AFRP)로 구분된다.

섬유 강화 복합재료는 다음과 같은 특성을 갖기 때문입니다.
(1) 비강도가 높고 비계수가 크다
(2) 재료특성을 설계할 수 있다
(3) 내식성, 내구성이 양호하다
(4) 열팽창계수는 콘크리트와 유사하다

이러한 특성으로 인해 FRP 재료는 넓은 범위, 고층, 무거운 하중, 가볍고 높은 강도 및 가혹한 조건 개발에 대한 현대 구조물의 요구를 충족시킬 뿐만 아니라 현대 건축 산업화 개발의 요구 사항도 충족하므로 다양한 토목 건축물, 교량, 고속도로, 해양, 수력 구조물, 지하 구조물 및 기타 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다.

열가소성 복합재는 개발 가능성이 높습니다

보고서에 따르면 전 세계 열가소성 복합재 시장은 예측 기간 동안 연평균 성장률 7.8%로 2030년까지 662억 달러에 이를 것으로 예상된다. 이러한 증가는 항공우주 및 자동차 산업의 제품 수요 증가와 건설 산업의 기하급수적인 성장에 기인합니다. 열가소성 복합재는 주거용 건물, 인프라 및 물 공급 시설 건설에 사용됩니다. 탁월한 강도, 인성, 재활용 및 재성형 능력과 같은 특성으로 인해 열가소성 복합재는 건축 분야 제조에 이상적입니다.

열가소성 복합재는 저장 탱크, 경량 구조물, 창틀, 전신주, 난간, 파이프, 패널 및 문 생산에도 사용될 것입니다. 자동차 산업은 주요 응용 분야 중 하나입니다. 제조업체는 연비 개선에 중점을 두고 있으며, 이를 위해 금속과 강철을 경량 열가소성 복합재로 대체하고 있습니다. 예를 들어 탄소섬유는 무게가 강철의 5분의 1에 불과해 차량 전체 무게를 줄이는 데 도움이 된다. 유럽연합 집행위원회(European Commission)에 따르면 자동차 탄소 배출 상한제 목표는 2024년까지 킬로미터당 130그램에서 킬로미터당 95그램으로 높아질 예정이며, 이로 인해 자동차 제조 산업에서 열가소성 복합재에 대한 수요가 증가할 것으로 예상됩니다.