고성능 복합재 강화 전략

편집자 | 2013년 3월 4일

~에 의해IDI Composites International의 기술 및 품질 이사인 Larry Landis와 Owens Corning의 수석 제품 엔지니어인 Don Sage

구조적 열경화성 화합물을 고성능 응용 분야에 탁월한 소재로 만드는 유리 강화 전략에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

금속 및 열가소성 수지의 한계와 비용을 해결하기 위한 신소재 개발로 인해 수지 제조업체, 강화 재료 제조업체, 성형 화합물 제조업체 간의 긴밀한 협력이 이루어졌습니다. 이러한 협력으로 인해 구조적 열경화성 화합물과 같은 재료는 일반적으로 사용되는 다른 재료보다 더 큰 강도, 더 낮은 열팽창 계수 및 더 나은 내식성을 제공하는 동시에 설계 유연성과 제조 효율성을 높일 수 있습니다. 구조적 열경화성 수지에 내재된 강력한 분자 결합은 이러한 재료가 극심한 화학적 및 온도 프로필에 장기간 노출되는 동안 우수한 구조적 특성을 유지할 수 있도록 내부 연결의 긴밀한 웹을 제공합니다. 자동차, 군사, 산업, 전기, 스포츠 및 안전 시장에서는 더 높은 기계적 강도와 더 낮은 중량 및 밀도에 대한 요구를 충족하기 위해 구조적 열경화성 SMC(시트 성형 화합물) 및 구조적 열경화성 BMC(벌크 성형 화합물)에 점점 더 의존하고 있습니다. 강화 전략은 종종 이러한 시장이 요구하는 구조적 특성에 매우 중요합니다.

열경화성 기초 구조용 열경화성은 더 높은 수준의 강화(유리, 탄소, 아라미드 등)와 결합된 특수 수지를 사용한다는 점에서 표준 열경화성과 구별됩니다. 이 조합을 통해 구조적 열경화성 수지가 고유한 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 강화된 강화재는 추가적인 강도와 강성을 부여하며, 특수 수지 제제는 섬유를 보호하고 화합물이 전체적인 특성을 달성하도록 돕습니다. 이러한 특성은 성분의 유형과 양을 변경하여 변경할 수 있습니다. 예를 들어, 섬유 유형, 길이 및 혼합 비율은 흐름, 강도 및 강성을 변경합니다. 다양한 수지 농도와 유형은 화합물의 내열성/부식성과 함께 전체 강도에 영향을 미칩니다.

구조적 열경화성 화합물의 성형 공정 중 열 에너지에 노출되면 폴리머 분자 사이에 3차원 공유 결합이 형성됩니다. 가교라고 알려진 이 과정은 되돌릴 수 없습니다. 따라서 가교된 물질은 녹이거나 형태를 바꿀 수 없습니다. "열경화성"이라는 용어는 이러한 화학 작용을 정확하게 설명합니다. 가교결합은 열경화성 수지가 고온과 같은 다양한 조건에 장기간 노출되는 동안 원하는 물리적, 전기적 특성을 유지할 수 있도록 하는 견고한 3D 분자 구조를 생성합니다. 반면 열가소성 수지는 응고 후 녹을 수 있기 때문에 일반적으로 고온 환경에 적합하지 않습니다. 열경화성 수지에는 문자 그대로 대부분의 열가소성 수지를 녹일 수 있는 높은 열 변형 온도(HDT)와 유리 전이 온도(Tg)가 있다는 장점이 있습니다.

구조적 열경화성 복합재의 다양한 특성으로 인해 이 재료는 전기 제어 스위치와 같은 품목에 적합한 선택입니다.

가장 일반적인 열경화성 수지 세 가지는 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 에폭시입니다. 이들 수지 각각은 가격과 성능 특성이 다르므로 적용 기능과 비용 요구 사항을 기준으로 선택합니다. 예를 들어, 내부식성 제품에는 비닐 에스테르 수지를, 고강도 응용 분야에는 에폭시를, 전반적인 성능과 비용이 좋은 경우에는 폴리에스터를 선택할 수 있습니다.

강화 전략 성형 공정 및 제품의 강도 요구 사항에 따라 다양한 유형의 강화 섬유가 구조용 열경화성 수지에 사용될 수 있습니다. 유리 강화 옵션에는 잘게 잘린 가닥, 무작위 섬유 방향의 매트, 가벼운 직물 직물, 무거운 직조 재료, 편직 재료 및 단방향 직물이 포함됩니다.