[재료설계] 폴리머 기지 나노 복합 재료

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목차: 1. 개 요

2. 이론적 배경

2. 1 폴리머

2. 2 플라스틱

2. 2. 1 열가소성 플라스틱

2. 2. 2 열경화성 플라스틱

2. 3 여러 가지 폴리머의 물성

2. 4 플라스틱의 성형법

2. 4. 1 압축 및 전달 몰딩

2. 4. 2 사출 성형
2. 4. 3 압출

2. 4. 4 취입 성형

2. 5 상용되는 복합재의 물성

2. 5. 1 PPS 복합재 by Mingju Plastic (China)

2. 5. 2 PA 복합재
① Glass fiber 분율에 따른 차이

② Glass fiber의 Length에 따른 차이

2. 6 복합재의 사용 분야

2. 6. 1 PPS 복합재

① 낮은 비율의 Glass fiber 사용
② 높은 비율의 Glass fiber 사용

2. 6. 2 PA 복합재

2. 6. 3 GFRP / CFRP

2. 6. 4 FRP 판재를 이용한 교량 건설

<그림 7. FRP deck compositions>
<그림 8. 다리 교량 공사 시 모습>

3. 실험방법

3. 1 Hot plate

3. 2 Hot chamber

4. 실험 과정 및 결과 분석

4. 1 Hot plate

4. 1. 1 70vol% PA6 + 30vol% Glass fiber

<그림 9. Glass fiber를 mixing하는 사진>
<그림 10. 점성에 의해 바로 굳어버린 사진>

① fiber의 volume % 과잉
② 온도 유지의 불안정성
4. 1. 2 80vol% PA6 + 20vol% Glass fiber

① 여전한 fiber의 volume % 과잉
② 너무 짧은 응고시간
③ 강한 응집성

4. 1. 3 80vol% PPS + 20vol% Glass fiber

4. 2 Hot chamber
4.2.1 85vol% PPS + 15vol% Glass fiber 실험

<그림 15. 분말 상태를 몰드에 주입하는 사진>
<그림 16. 잘못된 조성으로 만들어진 시편>

① Porosity 생성
② 표면 온도 불균일

4. 2. 2 95vol% PPS + 5vol% Glass fiber 실험

① 표면 온도 불균일

② 압력 제어 실패

4. 2. 3 97vol% PPS + 3vol% Glass fiber

① 부피 팽창

② Porosity 생성

4. 2. 4 Hot chamber 실험의 문제점

4. 2. 5 대체가능 실험 방법 (폴리머 기지와 단섬유 혼합 후 압축 성형)

5. 결론 및 고찰

(1) 폴리머 기지의 높은 viscosity 문제

(2) 열손실 문제

(3) Porosity 문제

본문내용: 2. 2. 1 열가소성 플라스틱
열가소성수지는 열을 가해서 1차 성형을 하고나서 굳어진 뒤 다시 2차로 열을 가해도 쉽게 성형이 되는 플라스틱을 말하는데 주로 선형이거나 가지가 약간 달린 폴리머이다. (ex: 올레핀계, 스티렌계, E/P 등)

<그림 1. 열가소성 플라스틱의 분류>

2. 2. 2 열경화성 플라스틱
열경화성 수지는 그 구조가 3차원이거나 cross-link 되어 있기 때문에 한번 성형을 하고나면 다시 압력과 열을 가해도 성형할 수 없는 폴리머 이다. (ex: 멜라민 수지, UREA 수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지 etc)

<그림 2. 여러 플라스틱의 열적 특성>

2. 3 여러 가지 폴리머의 물성

단위
시험법
(ASTM)
PA6
PA66
PC
PET
PPS
PPS
LCP
AL DC
GF30%
GF30%
GF30%
GF30%
GF40%
GF/MF65%
GF35%

비중
-
D792
1.36
1.37
1.43
1.56
1.67
1.96
1.68
2.7
흡수율
(23oC
수중 24hr)
%
D570
1.1
0.6
0.12
0.05
0.02
0.02
0.01

인장강도
MPa
D638
185
190
125
158
207
140
145
300
인장신율
%
D638
5.0
4.5
3.5
2.7
3.6
2.1
3.0
2.0
굴곡강도
MPa
D790
260
275
185
230
275
200
190

굴곡
탄성율
GPa
D790
8.8
9.0
7.3
9.0
13.3
17.6
14.0
71.0
IZOD
충격강도
(notched)
J/m
D256
125
85
157
101
130
90
140

열변형
온도
(1.82MPa)
OC
D648
215
255
149
224
>260
>260
250

선팽창
계수
(유동방향)
X 10-5/K
D696
2.5
2.5
2.0
2.7
2.3
1.6
1.3
2.1
절연
파괴강도
MV/m
D149
20
20
30
22
21
15
35

2. 4 플라스틱의 성형법
폴리머 재료를 성형하는 데에는 많은 기술이 사용된다. 폴리머 재료의 성형 방법을 결정하기 위해서는 다음의 몇 가지 사항이 고려되어야 한다. 즉,
① 재료가 열가소성 또는 열경화성인가?
② 열가소성일 경우 연화 온도는 얼마인가?
③ 재료의 성형 분위기에 대한 안정성
④ 완성품의 형상 및 크기.
폴리머의 성형 기법과 금속 및 세라믹의 성형 기법 사이에는 상당한 유사성이 있다.
대개의 경우 폴리머 재료는 고온, 가압하에서 성형된다. 열가소성 폴리머 재료는 유리 천이온도보다 높은 온도, 가압하에서 성형되고, 가압력은 형상을 유지할 수 있도록 유리 천이 온도 이하로 냉각될 때까지 유지하여야 한다. 열가소성 폴리머 재료를 사용하는 경제적인 장점은 재활용이 가능하다는 것이다. 즉, 열가소성 재료의 짜투리는 재용융되어 새로운 형상으로 제조할 수 있다.

2. 4. 1 압축 및 전달 몰딩

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