복합재료는 어떤 기준을 바탕으로 설계되나요?

Question

둘 이상의 재료를 결합하여 새로운 성능을 얻고자 하는 복합재료는 어떤 목적을 가지고 개발이 되나요? 그리고 구성 재료는 어떤 기준으로 선택되는지 의견 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

복합재료는 단순하게 여러 재료를 섞는 것이 아닙니다. 원하는 성능을 먼저 정하고 그에 맞게 설계하는 재료입니다.

가볍지만 강해야 하는 경우가 있고, 열에 잘 버텨야 하는 경우들이 있고, 충격을 잘 흡수해야 하는 다양한 경우들이 있습니다. 이러한 경우에 따라서 조합들이 달라지는 것입니다. 보통은 힘을 버티는 섬유나 입자 같은 보강재와, 그것을 잡아주고 형태를 유지하는 수지나 금속 같은 기지재를 함께 사용하게 됩니다.

구성 재료를 고를 때도 강도와 무게, 열팽창 등 다양한 특성들이 고려되어야 합니다. 그리고 복합체의 경우 섬유를 사용할 경우에는 방향이나 적층되는 구조 등 특정 방향의 강도를 크게 높일 수 있는 특성이 있기 때문에 이에 잘 맞춰 디자인 하는 것이 중요합니다.

Answer 2

복합 재료는 한 가지 재료로는 얻기 어려운 성능을 만들기 위해서 개발하게 됩니다. 가벼우면서 강하거나, 녹이슬지 않으면서 단단한 그런 느낌입니다.

먼저 무엇이 필요한지가 중요합니다. 필요로 하는 특성들이 어떤 것인지를 알아야 그에 맞게 설계가 가능합니다. 그 다음으로 각 재료들의 장점들을 조합해봅니다. 많이 말씀하는 탄소섬유는 매우 강하지만 잘 부스러질 수 있어서 수지와 함께 결합하여 탄소섬유강화복합제로 많이 활용됩니다.

다음으로는 그 재료들끼리 잘 붙는지 열에는 잘 견디는지 그리고 가격은 적당한지 등을 따져봅니다. 이런식으로 여러 재료의 장점은 살리고 단점을 줄여서 원하는 목적에 딱 맞는 맞춤형 재료를 만드는 기술입니다.

Answer 3

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

복합재료는 높은 강도와 가벼운 무게 내열성 내식성 내마모성 등 특정 성능을 동시에 얻기 위해 개발되며 한 가지 재료의 단점을 다른 재료의 장점으로 보완하는 것을 목표로 설계됩니다 구성 재료는 사용 환경과 요구 성능에 따라 기계적 강도 탄성 열팽창계수 화학적 안정성 가공성 비용 등을 종합적으로 고려해 선택하며 섬유와 기지재가 서로 잘 결합하는 지도 중요한 기준입니다 이러한 설계를 통해 항공우주 자동차 반도체 풍력발전 스포츠 장비 등 다양한 분야에서 기존 재료보다 우수한 성능을 구현하고 있습니다