CNT 고분자 복합재료의 적층에 영향을 미치는 전기방사 공정인자에 대한 연구

Abstract

최근 개발되고 있는 자전거, 드론 등의 레저관련 부품과 경량화 및 강도를 요구하는 항공, 자동차 관련 부품의 요구조건을 만족시키기 위하여 기존의 금속 재료에 비해 비강성과 비강도가 우수한 복합재료를 많이 사용하고 있다. 현재 이러한 복합재료들은 성형성과 기계적 강도가 우수하고, 비교적 가격이 저렴하다는 장점을 갖고 있으나 수분을 흡수하면 강도가 저하되며 충격에 약한 단점을 가지고 있다. 하지만, 탄소나노튜브는 이전 소재들이 가지지 못한 탁월한 물질적인 특성을 가지고 있으며, 기계적 성질이나 전기 전도도, 열전도도, 반응성 등이 다른 물질에 비해 아주 우수하다. 이에 따라 적은 양의 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube)를 프리프레그(Prepreg)에 첨가함으로써 복합재 강도와 내구성을 강화하는 실험적 연구를 진행하였다.

본 논문에서는 CNT전기방사를 통한 복합재와 기존 CFRP의 인장강도에 대한 비교 검증을 실시하였으며, 전기방사를 위한 CNT 최적 교반 비율을 확보하였다. 이 과정에서 최적 교반비율 확보를 위해 용매와 고분자, 탄소나노튜브의 다양한 비율에 대한 검토를 하였고, 방사전압, 방사거리, 노즐사이즈, 토출량의 공정인자를 각각 제어한 시험을 실시하였다. 또한 전기방사로 제작된 시편으로 시험 평가 결과 CNT최적 교반 비율로 전기방사 된 복합재의 인장강도가 기존 CFRP대비 24%의 강도개선 효과가 있음을 확인하였다. 따라서 본 CNT-CFRP 연구결과는 향후 고강도를 요구하는 항공, 자동차 관련 분야에 적용이 가능 할 것으로 판단되며, 동일 강도 복합소재 대비 경량화 등에도 파급효과가 기대된다.