복합재는 수지, 섬유, 코어재 등 다양한 원료를 선택할 수 있으며, 각 재료는 강도, 강성, 인성, 열 안정성 등 고유한 특성을 가지고 있으며, 비용과 수율도 다양합니다. 그러나 복합재 전체의 최종 성능은 수지 매트릭스와 섬유(샌드위치 재료 구조의 코어재 포함)뿐만 아니라, 구조물을 구성하는 재료의 설계 방법 및 제조 공정과도 밀접한 관련이 있습니다. 본 논문에서는 일반적으로 사용되는 복합재 제조 방법, 각 방법에 영향을 미치는 주요 요인, 그리고 다양한 공정에 적합한 원료 선정 방법을 소개합니다.
스프레이 성형
1, 방법 설명: 단축 섬유 강화재와 수지 시스템을 동시에 금형에 분사한 후 대기압 하에서 경화시켜 열경화성 복합 제품을 성형하는 공정입니다.
2. 재료 선택:
수지 : 주로 폴리에스터
섬유 : 굵은 유리섬유사
핵심 재료: 없음, 합판과 단독으로 결합해야 함
3. 주요 장점:
1) 오랜 장인정신의 역사
2) 저렴하고 빠른 섬유 및 수지 적층
3) 낮은 금형 비용
4, 주요 단점:
1) 합판은 수지가 풍부한 부위에 형성이 용이하고 중량이 크다
2) 단축된 섬유만 사용할 수 있으므로 합판의 기계적 특성이 심각하게 제한됩니다.
3) 분무를 용이하게 하기 위해서는 수지 점도가 충분히 낮아야 하며, 이로 인해 복합재료의 기계적, 열적 특성이 손실됩니다.
4) 스프레이 수지의 스티렌 함량이 높기 때문에 작업자에게 잠재적 위험이 높고, 점도가 낮기 때문에 수지가 직원의 작업복을 쉽게 침투하여 피부와 직접 접촉할 수 있습니다.
5) 공기 중 휘발성 스티렌의 농도는 법적 요건을 충족하기 어렵습니다.
5. 일반적인 응용 분야:
간단한 펜싱, 컨버터블 자동차 차체, 트럭 페어링, 욕조 및 소형 보트와 같은 저하중 구조 패널.
핸드 레이업 몰딩
1. 방법 설명: 수지를 섬유에 수동으로 침투시키는 방법. 섬유는 직조, 편조, 봉합 또는 접착 등 다양한 방법으로 보강할 수 있습니다. 수작업 적층 성형은 일반적으로 롤러나 브러시를 사용하여 수행하며, 접착제 롤러로 수지를 압착하여 섬유에 침투시킵니다. 합판을 상압에서 경화시킵니다.
2. 재료 선택:
수지 : 필요 없음, 에폭시, 폴리에스터, 폴리에틸렌 기반 에스테르, 페놀 수지 사용 가능
섬유 : 요구 사항은 없지만 더 큰 아라미드 섬유의 기본 무게는 손으로 놓은 곳에 침투하기 어렵습니다.
핵심 소재: 요구 사항 없음
3, 주요 장점:
1) 기술의 오랜 역사
2) 배우기 쉽다
3) 실온경화수지를 사용하면 금형비용이 저렴하다
4) 다양한 재료 및 공급업체 선택 가능
5) 섬유 함량이 높고, 분무 공정보다 긴 섬유를 사용함
4, 주요 단점:
1) 수지 혼합, 적층 수지 함량 및 품질은 작업자의 숙련도와 밀접한 관련이 있으며, 적층 수지의 낮은 수지 함량 및 낮은 기공률을 얻는 것이 어렵습니다.
2) 수지의 건강 및 안전 위험, 핸드 레이업 수지의 분자량이 낮을수록 잠재적인 건강 위협이 커지고, 점도가 낮을수록 수지가 직원의 작업복을 뚫고 들어가 피부와 직접 접촉할 가능성이 높아집니다.
3) 환기가 잘 되지 않을 경우 폴리에스터 및 폴리에틸렌계 에스테르에서 공기 중으로 증발되는 스티렌의 농도가 법적 기준을 충족하기 어렵습니다.
4) 핸드페이스트 수지의 점도는 매우 낮아야 하므로 스티렌이나 다른 용매의 함량이 높아야 하며, 이로 인해 복합재의 기계적/열적 특성이 손실됩니다.
5) 일반적인 적용 분야: 표준 풍력 터빈 날개, 대량 생산된 보트, 건축 모형.
진공 포장 공정
1. 방법 설명: 진공 포장 공정은 위의 수동 레이업 공정의 확장으로, 즉 금형에 플라스틱 필름 층을 밀봉한 후 합판을 수동 레이업 진공으로 밀봉하여 합판에 대기압을 가해 배기 및 조임 효과를 얻어 복합재의 품질을 개선합니다.
2. 재료 선택:
수지 : 주로 에폭시수지와 페놀수지, 폴리에스테르 및 폴리에틸렌계 에스테르는 스티렌을 함유하고 있어 진공펌프로 휘발되기 때문에 적용 불가
섬유: 더 큰 섬유의 기본 무게가 압력 하에 침투될 수 있더라도 요구 사항 없음
핵심 소재: 요구 사항 없음
3. 주요 장점:
1) 표준 핸드레이업 공정보다 더 높은 섬유 함량을 얻을 수 있습니다.
2) 공극률은 표준 수동 레이업 공정보다 낮습니다.
3) 음압 상태에서는 수지가 충분히 흘러 섬유 침투도를 향상시키게 되며, 물론 수지의 일부는 진공 소모품에 의해 흡수될 것입니다.
4) 건강 및 안전: 진공 포장 공정은 경화 공정 중 휘발성 물질의 방출을 줄일 수 있습니다.
4, 주요 단점:
1) 추가 공정으로 인해 인건비 및 일회용 진공백 소재 비용이 증가합니다.
2) 운영자에게 요구되는 기술 수준이 더 높아짐
3) 수지 혼합 및 수지 함량 제어는 작업자의 숙련도에 크게 좌우됩니다.
4) 진공백은 휘발성 물질의 방출을 줄이지만 작업자의 건강 위험은 여전히 주입 또는 프리프레그 공정보다 높습니다.
5. 대표적인 응용 분야: 대형, 단일 한정판 요트, 경주용 자동차 부품, 조선 공정의 핵심 소재 접합.
와인딩 몰딩
1. 방법 설명: 권취 공정은 기본적으로 파이프나 트로프와 같은 속이 비어 있거나 둥글거나 타원형인 구조 부품을 제조하는 데 사용됩니다. 섬유 다발에 수지를 함침시킨 후 맨드릴에 여러 방향으로 감습니다. 이 공정은 권취기와 맨드릴 속도에 의해 제어됩니다.
2. 재료 선택:
수지: 에폭시, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 기반 에스테르 및 페놀 수지 등 요구 사항 없음
섬유 : 요구 사항 없음, 스풀 프레임의 섬유 묶음을 직접 사용, 섬유 천에 짜거나 꿰매는 작업이 필요 없음
코어 소재: 필수 사항은 없지만 스킨은 일반적으로 단일 층 복합 소재입니다.
3. 주요 장점:
(1) 빠른 생산속도는 경제적이고 합리적인 레이업 방식이다
(2) 수지함량은 수지홈을 통과하는 섬유다발에 의해 운반되는 수지의 양을 측정함으로써 조절될 수 있다.
(3) 섬유비용 최소화, 중간직물 공정 없음
(4) 선형섬유 다발을 다양한 하중 지지 방향으로 배치할 수 있기 때문에 구조적 성능이 우수합니다.
4. 주요 단점:
(1) 이 공정은 원형 중공 구조에 한합니다.
(2) 섬유는 구성품의 축방향을 따라 쉽고 정확하게 배열되지 않습니다.
(3) 대형 구조 부품의 경우 맨드럴 양성 성형 비용이 더 높습니다.
(4) 구조물의 외면이 금형면이 아니므로 미관이 나쁘다
(5) 저점도 수지 사용 시 기계적 성질 및 건강안전 성능에 주의가 필요
대표적인 적용 분야: 화학물질 저장 탱크 및 파이프, 실린더, 소방관 호흡 탱크.
풀트루전 성형
1. 방법 설명: 보빈 홀더에서 접착제가 함침된 섬유 다발을 뽑아 가열판을 통해 가열판으로 옮깁니다. 가열판에서 섬유에 수지가 침투하여 수지 함량을 조절하고, 최종적으로 원하는 형상으로 경화됩니다. 고정된 경화된 제품은 기계적으로 다양한 길이로 절단됩니다. 섬유는 0도 이외의 방향으로 가열판에 투입될 수 있습니다. 압출 및 연신 성형은 연속 생산 공정이며, 제품 단면은 일반적으로 고정된 형상을 가지므로 약간의 변형이 가능합니다. 미리 적셔진 소재는 가열판을 통과하여 금형에 즉시 경화됩니다. 이러한 공정은 연속성은 떨어지지만 단면 형상을 변경할 수 있습니다.
2. 재료 선택:
수지: 일반적으로 에폭시, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 기반 에스테르 및 페놀 수지 등입니다.
섬유질: 필요 없음
핵심 소재: 일반적으로 사용되지 않음
3. 주요 장점:
(1) 빠른 생산속도로 경제적이고 합리적인 재료의 사전 습윤 및 경화 방식입니다.
(2) 수지함량의 정밀한 제어
(3) 섬유비용 최소화, 중간직물 공정 없음
(4) 섬유 다발이 직선으로 배열되어 섬유 부피 분율이 높기 때문에 구조적 특성이 우수하다.
(5) 섬유 침투 영역을 완전히 밀봉하여 휘발성 물질의 방출을 줄일 수 있습니다.
4. 주요 단점:
(1) 공정은 단면의 형상을 제한한다
(2) 가열판의 가격이 높다
5. 일반적인 적용 분야: 주택 구조물의 보와 트러스, 교량, 사다리 및 울타리.
수지 이송 성형 공정(RTM)
1. 방법 설명: 건조 섬유를 하부 몰드에 넣고, 미리 가압하여 섬유가 몰드 모양에 최대한 잘 맞도록 한 후 접착합니다. 그런 다음, 상부 몰드를 하부 몰드에 고정하여 캐비티를 형성한 후, 캐비티에 수지를 주입합니다. 진공 보조 수지 주입(VARI)이라고 하는 진공 보조 수지 주입 및 섬유 침투법이 일반적으로 사용됩니다. 섬유 침투가 완료되면 수지 주입 밸브를 닫고 복합재를 경화시킵니다. 수지 주입 및 경화는 실온 또는 가열 조건에서 수행할 수 있습니다.
2. 재료 선택:
수지 : 일반적으로 에폭시, 폴리에스터, 폴리비닐에스터, 페놀수지, 비스말레이미드수지는 고온에서 사용 가능
섬유: 필요 없음. 섬유 다발 사이의 간격이 수지 전달에 유리하기 때문에 봉합 섬유가 이 공정에 더 적합합니다. 특수 개발된 섬유는 수지 흐름을 촉진합니다.
핵심 소재: 셀룰러 폼은 적합하지 않습니다. 왜냐하면 벌집 셀이 수지로 채워지고 압력으로 인해 폼이 붕괴되기 때문입니다.
3. 주요 장점:
(1) 높은 섬유 부피 분율, 낮은 기공률
(2) 수지가 완전히 밀봉되어 있어 건강과 안전, 깨끗하고 정돈된 작업 환경이 보장됩니다.
(3) 노동력의 사용을 줄인다
(4) 구조부의 상하 측면은 성형면으로 되어 있어 후속 표면처리가 용이하다.
4. 주요 단점:
(1) 함께 사용되는 금형은 더 큰 압력을 견디기 위해 비용이 많이 들고 무겁고 비교적 부피가 큽니다.
(2) 소형부품 제조에 한함
(3) 젖지 않은 부분이 쉽게 발생하여 많은 양의 스크랩이 발생
5. 대표적인 적용 분야: 소형 및 복잡한 우주 왕복선 및 자동차 부품, 기차 좌석.
게시 시간: 2024년 8월 8일
