복합재료 제작 및 인장시험 준비 실험

문서 내 토픽

1. 복합재료의 정의 및 특성

복합재료는 2가지 이상의 서로 다른 물질이 거시적으로 혼합되어 유용한 물질이 된 것이다. 섬유강화 복합재료에서 섬유는 가장 중요한 요소로 부피의 대부분을 차지하며 하중을 전달한다. 기존 금속재료보다 높은 강도와 강성을 가지며, 낮은 비중으로 인해 높은 비강도와 비강성을 갖는다. 복합재료는 이방성 물질로 섬유방향으로 가장 높은 강성과 강도를 가지므로 우주항공 및 자동차 재료로 사용된다.
2. 압축성형을 이용한 복합재료 제조

압축성형은 표면이 잘 가공된 금형 사이에 보강 섬유와 열가소성 수지가 혼합된 프리프레그를 적층하여 넣고 금형의 온도를 올린 후 압력을 가하는 방법이다. 핫프레스 장비는 상부 금형과 하부 금형으로 이루어져 있으며, 130도로 가열하여 90bar의 압력을 45분간 유지한 후 냉각하는 공정을 거친다.
3. 적층각도에 따른 시편 제작

섬유강화 복합재료는 섬유가 일정한 방향으로 배열되어 있으므로, 적층 각도를 달리하여 서로 다른 기계적 특성을 가진 시편을 제조할 수 있다. 0도 시편은 모든 필름이 같은 방향으로 배열되고, 90도 시편은 수직으로 겹쳐 횡방향과 종방향 하중을 모두 버틸 수 있으며, 45도 시편은 X자 형태로 교차하여 대각 방향의 하중을 지탱한다.
4. 인장시험 준비를 위한 시편 가공

제작된 복합재료 시편의 양끝에 Tab을 부착하기 위해 사포 연마를 통해 표면 거칠기를 높여 마찰력을 증가시킨다. Tab은 접착제로 부착되며, 하중이 균일하게 전달되도록 하여 이방성 재료인 복합재료의 시험 결과 오차를 최소화한다. 균일한 두께의 Tab 부착은 시편이 그립에서 미끄러지는 것을 방지하여 인장시험의 정확도와 안정성을 보장한다.

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1. 주제1 복합재료의 정의 및 특성

복합재료는 두 가지 이상의 서로 다른 물질이 거시적 또는 미시적 규모에서 결합되어 새로운 성능을 갖는 재료입니다. 기지재와 보강재의 조합으로 이루어지며, 개별 구성 요소보다 우수한 기계적 성질을 나타냅니다. 특히 높은 비강도, 비강성, 우수한 피로 특성 등이 장점입니다. 항공우주, 자동차, 스포츠용품 등 다양한 산업에서 활용되고 있으며, 설계의 자유도가 높아 특정 용도에 맞게 최적화할 수 있습니다. 다만 제조 비용이 높고 재활용이 어려운 단점이 있어, 지속 가능한 복합재료 개발이 중요한 과제입니다.
2. 주제2 압축성형을 이용한 복합재료 제조

압축성형은 열과 압력을 이용하여 복합재료를 제조하는 효율적인 방법입니다. 미리 준비된 프리프레그나 드라이 파이버를 금형에 배치한 후 가열과 가압을 통해 기지재를 경화시킵니다. 이 방법은 생산 속도가 빠르고 대량 생산에 적합하며, 복잡한 형상 제조가 가능합니다. 또한 섬유 배향을 정확하게 제어할 수 있어 원하는 성능의 복합재료를 얻을 수 있습니다. 다만 금형 제작 비용이 높고, 온도와 압력 조건의 정밀한 제어가 필요하며, 기포 제거가 중요한 공정 관리 요소입니다.
3. 주제3 적층각도에 따른 시편 제작

적층각도는 복합재료의 기계적 성질을 결정하는 핵심 요소입니다. 0도, 45도, 90도 등 다양한 각도로 섬유를 배치함으로써 특정 방향의 강도와 강성을 조절할 수 있습니다. 준등방성 적층 구조는 모든 방향에서 균형잡힌 성능을 제공하며, 특정 방향 강화는 하중 방향에 최적화된 설계를 가능하게 합니다. 적층각도에 따른 시편 제작은 복합재료의 성능 특성을 체계적으로 평가하기 위해 필수적입니다. 정확한 섬유 배향 제어와 일관된 적층 순서 유지가 신뢰성 있는 시험 결과를 위해 중요합니다.
4. 주제4 인장시험 준비를 위한 시편 가공

인장시험 시편의 정확한 가공은 신뢰성 있는 시험 결과를 얻기 위한 필수 조건입니다. 시편의 치수, 표면 거칠기, 직각도 등이 국제 표준에 맞게 정밀하게 가공되어야 합니다. 특히 복합재료 시편은 섬유 손상을 최소화하면서 가공해야 하므로 적절한 공구와 가공 속도 선택이 중요합니다. 탭 부착, 모서리 처리 등의 추가 가공이 필요할 수 있으며, 가공 후 시편의 품질 검사를 통해 결함 여부를 확인해야 합니다. 정밀한 시편 가공은 재료의 실제 성능을 정확히 평가하고 신뢰성 있는 데이터를 확보하는 데 필수적입니다.

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