복합 재료

목차

1. 복합 재료란?

2. 복합재료의 역사

3. 복합재료의 종류와 특징

4. 복합재료의 설계 및 응용

본문내용

소해정(掃海艇)건조에의 응용이 유럽 각국에서 행해졌다. 특히 영국은 1972 년에 세계 최초의 GFRP제 소해정 Wilton을 進水시켰고, 80년에는 현재 세계 최대의 Brecon을 완성했다.
GFRP 제 선각에서는 특히 접착 연결부에 결함이 생기기 쉽다. 접합부형상이 불완전하면 응력 집중이 생기기 쉽고, 약간의 접착 불량부도 peeling 작용에 의해 급격히 확대 전파하여, 큰 파괴에 이르는 가능성이 있다. 이 때문에 선각부재간의 모멘트와 하중을 전달하는 주요한 접합부의 역할을 명백히 할 필요가 있다.
*해양 개발*
해양개발용 기기의 주요구조재료는 철강과 콘크리트이다. 최근에는 강과 콘크리트의 장점을 이용한 더욱 합리적인 구조물에 대한 요구가 높아지고 있다.이러한 생각을 HYBRID구조라고 부르고 , 특히 해양 구조물 분야에서 주목되고 있어 거시적인 복합화의 개념이 엿보인다.
해양 개발용 기기 중에서 복합 재료가 가장 먼저 주목된 것은 심해 잠수정 내압각(耐壓殼)에의 FRP의 응용으로, 1960 년대에 미국에서 집중적인 연구가 행해졌다. 초기의 심해 잠수정은 소위 바티스카프형이라고 불리우는 형식으로 내압구를 가솔린으로 충만한 부력실에서 매달은 구조를 하고 있어, 선체가 현저히 대형이어서 조종성,운동능력,기동성이 불충분했다.이것에 비해 최근에 建造된 심해 잠수정은내압구의 전후에 압축 강도가 높고 비중이 가벼운 고체부력재를 채운 부력실을 배치해서 전체를 유선형의 외각으로 덮고, 소형 경량화해서 심해에서 운동성능을 향상시킨 형식이 채용되고 있다.
이 밖의 응용 분야로서 해양 온도차 발전 (Ocean thermal energy conversion:OTEC)은 ,바다 표면의 고온 해수와 해저의 냉온 해수의 온도 차를 이용해서 프레온 가스 터빈을 회전시키는 발전 System이다. 이 시스템 중에 현재 복합 재료화가 검토되고 있는 것으로,해저의 해수를 바다 표면까지 온도 변화를 주지 않고 운반하는 냉수 파이프가 있다. 이 파이프는 직경 약 10m ,길이 수백～수 천m, 수명 30 년 이라는 것이 요구되어 몇 종류위 구조가 제안되고 있는데, 재료로는 GFRP를 표면재로서 Vrethane form, 바르사 또는 syntactic form 을 심재로한 sandwich 구조의 재용이 생각되고 있다.
(5). 자동차
*경량화의 요청*
자동차에서의 에너지 절약 기술은,여러 가지가 있지만 무엇보다도 연비 개선에 직접 효과가 있는 엔진의 개량으로 , 재래식 엔진으로도 부분부하효율의 개선에 의해 15~20%의 에너지 절약, 스터링엔진 등 신형 엔진의 채용에 의해 25%의 절약이되고 있다. 계속해서 타이어의 주행저항의 경감화 (3～6%의 개선)와, 차체중량의 경감화가 제언되고 있다.
경량화를 위해 FRP를 차체에 적용하는 시도는 일찍부터 행해지고 있다. 일본에서도 1954년에 Scooter body 에 FRP 성형품이 사용되었다.최근에는 GM사가,Pontiac Fiero에 전면적으로플라스틱을 채용한(1982 년)것을 시작으로 Volvo사의 LCP 2000,BMW 사의 Load Star Zl, Honda사의 CR-X를 비롯해서 각 자동차제조 업체에서 플라스틱화가 더욱 진행되고 있다.
*복합재료의 적용예*
body에의 적용
GM사의 Chevorelet Corvett는 1953년 이래 FRP를 차체 panel에 계속해서 사용 ,현재 대표적인 플라스틱 car로서 위치하고 있는 것은 ,1983 년에 발매된 GM사의 Pontiac Fiero 를 비롯해 ,Peugeot 시트로엔사의 시트로엔 BX,本田投硏의 Honda 바라드 스포츠 CR-X 등을 든다.
리프스프링
FRP의 경량고강성과 진동흡수능을 이용한 리프스프링이 시험제작되고 있다.복합재료를 사용함으로써 종전의 스프링강무게의 34% 정도로 되며, 또 진동감쇠능도 높기 때문에, 승차감도 좋아진다는 것이다.
PISTON HEAD
Toyota 자동차는 엔진의 경량화를 도모하기 위해 , 디젤엔진의 피스톤을 종래의 내열주철(Niresist)에서 금속기복합재료(MMC)로 변경되고 있다.
C / C composite
탄소 섬유로 강화한 탄소 또는 Graphite ( C / C composites)는 내열성 , 내마모성 등의 성이 우수하여 space shuttle 의 단열타일이나 로케트의 nozzle 에 사용된다. 또 적당한 마찰계수를 가지고 있어 항공기용 brake 에도 사용되기 시작했다.
(6). 스포츠 용품
*복합재료의 스포츠용품에의 도입*
스포츠 용품에서는 중량과 강도가 가장 기본적인 성능요소이다. 비강도, 비탄성율이 큰 재료는 설계자유도를 확대해서 더욱 높은 성능을 갖는 스포츠용품의 출현을 가능케 했다.복합재료는 이 요구를 만족시켰다.
예로 일본에서 FRP 가 최초로 실용화된 스포츠 용구는 양궁 활이었다(1958).
스키
스키용구는 경기용에서 레져용까지 광범위하게 기능을 분화해서 최적화시키는 것이 중요해지고 있다. 이를 위해, GFRP 를 중심으로 복합재료로성늬 여러가지 특징을 살린 세심한 설계가행해지게 되었다.
회전 경기용의 스키 경량이면서 진동감쇠성이우수한 CFRP
Down hill 스키(고속의 극한을 목표) 활주중의 에너지 손실을 적게 하고 , 진동에 대한 안정성을 증가시키기 위해 GFRP , 고장력 Al의 복합구조가 채용
골프채
골프채의 요구기능으로서 ‘보다 멀리(비거리), 보다 정확하게(방향성)’ ball을 날리는 것이 필요하기 때문에 CFRP 와 같이 비강도와 비강성이 높은 재료일 수록 설계 자유도가 크다.
TENNIS 라켓트
테니스 라켓은 원래 나무로 만들어져 왔으나,최근 10여년 사이에 FRP화의 움직임은괄목할만한 것이어서, 특히 형상의 oversize화에 따라 그 성능차가 크게 나타나고 있다.
낚시대
종래의 대나무에 비해 , 강도 탄성율이 크게 향상된 GFRP낚시대(glass rod)의 등장에 의해, 여러가지 낚시와 낚시 방법에 대한 설계가 용이하게 되어, 시장의 요구에 충분히 응할수 있다. 이 경향은 GFRP에서 CFRP에의 대체에 따라,CFRP 낚시대(carbon rod)가 등장해서 더욱 박차를 가하고 있다.
(7)토목, 건설에 이용

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