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며칠 전 미국 워싱턴대 교수 아니루드 바시스트는 새로운 형태의 탄소섬유 복합재료 개발에 성공했다고 국제 권위지인 '카본(Carbon)'에 논문을 게재했다.한 번 손상되면 복구할 수 없는 기존 CFRP와 달리 신소재는 반복적으로 복구할 수 있습니다.

反复修复CFRP-1

기존 재료의 기계적 특성을 유지하면서 새로운 CFRP는 새로운 이점을 추가합니다. 즉, 열에 의해 반복적으로 수리될 수 있습니다.열은 재료의 피로 손상을 복구할 수 있으며 서비스 주기가 끝날 때 재활용해야 할 때 재료를 분해하는 데 사용할 수도 있습니다.기존의 CFRP는 재활용이 불가능하기 때문에 열 에너지나 고주파 가열을 이용하여 재활용하거나 수리할 수 있는 새로운 소재를 개발하는 것이 중요합니다.
Vashisth 교수는 열원이 새로운 CFRP의 노화 과정을 무기한 지연시킬 수 있다고 말했습니다.엄밀히 말하면 이 소재는 Carbon Fiber Reinforced Vitrimers(vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers)라고 해야 합니다.유리 폴리머(Vitrimers)는 2011년 프랑스 과학자 Ludwik Leibler 교수가 발명한 열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱의 장점을 결합한 새로운 유형의 폴리머 소재입니다. Vitrimers 소재는 역동적인 방식으로 가역적인 화학 결합 교환을 수행할 수 있는 동적 결합 교환 메커니즘을 사용합니다. 열경화성 고분자는 열가소성 고분자처럼 자가 치유 및 재가공이 가능하도록 전체적으로 가교 구조를 유지합니다.
대조적으로, 일반적으로 탄소 섬유 복합 재료라고 하는 것은 탄소 섬유 강화 수지 매트릭스 복합 재료(CFRP)로, 서로 다른 수지 구조에 따라 열경화성 또는 열가소성 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.열경화성 복합 재료는 일반적으로 재료를 하나의 몸체로 영구적으로 통합할 수 있는 화학 결합인 에폭시 수지를 포함합니다.열가소성 복합 재료는 용융 및 재가공이 가능한 상대적으로 부드러운 열가소성 수지를 포함하지만 이는 필연적으로 재료의 강도와 경도에 영향을 미칩니다.
vCFRP의 화학 결합은 열경화성 물질과 열가소성 물질 사이의 "중간 지대"를 얻기 위해 연결, 분리 및 재연결될 수 있습니다.프로젝트 연구원들은 Vitrimers가 열경화성 수지를 대체할 수 있고 매립지에 열경화성 복합 재료가 축적되는 것을 방지할 수 있다고 믿습니다.연구원들은 vCFRP가 전통적인 재료에서 동적 재료로의 주요 전환이 될 것이며 전체 수명 주기 비용, 신뢰성, 안전 및 유지 관리 측면에서 일련의 영향을 미칠 것이라고 믿습니다.
反复修复CFRP-2
현재 풍력 터빈 블레이드는 CFRP 사용량이 많은 분야 중 하나이며 블레이드의 복구는 이 분야에서 항상 문제였습니다.사용 기간 만료 후 폐기된 수천 개의 블레이드는 매립 형태로 매립되어 환경에 큰 영향을 미쳤습니다.
블레이드 제조에 vCFRP를 사용할 수 있다면 간단한 가열을 통해 재활용 및 재사용할 수 있습니다.처리된 블레이드는 수리 및 재사용이 불가능하더라도 적어도 열에 의해 분해될 수 있습니다.이 신소재는 열경화성 복합재의 선형 수명 주기를 주기적인 수명 주기로 변환하여 지속 가능한 개발을 향한 큰 발걸음을 내디딜 것입니다.

게시 시간: 2021년 11월 09일