Composite

    Composite(복합재료)란?

 복합재료는 두 가지 이상의 성질이 서로 다른 물질이 거시적(macro scopic)으로 혼합되어 유용한 물질이 된 것을 가리킨다. 두 가지 이상의 서로 다른 물질을 혼합하는 방법에는 원자가 합쳐져서 화합물로 만들어지는 경우가 있으나, 이런 경우는 복합재료라 하지 않는다. 복합재료는 혼합되어 있는 상태에서는 각 성분이 원래의 성질을 가지고 있어서, 미시적(micro scopic)으로 보면 균일하지 않은 (inhomogeneous) 상태로 존재한다. 서로 성질이 다른 두 가지 이상의 물질을 혼합하여 유용한 물질을 만드는 방법은 아주 옛날부터 개발되어 왔다. 예를 들면 이집트에 억류되어 노예 생활을 하던 유대인들은 벽돌을 만들 때 자른 지푸라기를 썩어서 벽돌의 강도를 증가시켰으며, 중세의 기사들이 사용하던 칼의 내부는 연한(ductile) 재료로 되어 있어서 잘 부러지지 않으나, 외부는 강하나 , 취성(brittle)이 있는 재료로 되어 있어서 잘 자를 수 있었다. 자연계에서 복합재료의 예는 매우 많으며, 사람의 뼈도 일종의 복합재료로 섬유가 축 방향으로 배열되어 있어서, 굽힘 강성이 강화되었으며, 대나무도 섬유가 축방향으로 배열되어 있어서 다른 나무보다 매우 가느나 더 높이 자랄 수가 있다. 복합재료의 종류는 일반적으로 다음과 같이 구별할 수가 있다.

 1. Polymer based composite material

 2. MMC(Metal Matrix Composite)

 3. Sandwich

 4. Textile composite meterial

    복합재료에 사용되는 강화섬유

 섬유강화 복합재료에서 모재(matrix)는

   (1) 섬유 사이에서 응력을 전달하며

   (2) 좋지 않은 환경(adverse environment)과

   (3) 기계적인 마모로부터 섬유를 보호하는 역할을 한다.

 모재는 복합재 구조에서 인장력 (tensile force) 을 전달하는데는 큰 역할을 수행하지 않으나, 평면 내의 전단 특성(shear property)이나 층간 전단(interlaminar Shear)특성에 매우 중요한 역할을 한다. 층간전단강도(interlaminar shear strength)는 굽힘을 받는 구조를 설계할 때 중요한 인자이며, 전단강도는 비틀림 하중을 받는 구조에서 고려하여야만 하는 중요한 인자이다. 모재는 압축응력을 받는 경우에 섬유의 좌굴(fiber buckling) 이 일어나는 것을 어느 정도 억제하며, 복합재료의 압축강도(compressive Strength)의 향상에 기여한다. 섬유와 모재의 상호작용은 손상허용(damage-tolermce) 구조를 설계하는데 중요하며, 복합재료의 가공(processibility) 과 내부결함은 모재의 점도(viscosity), 용해온도(Melting Point) 및 경화온도(curing temperature)에 매우 밀접하게 관련된다.

    복합재료의 일반적 성질

 대부분의 섬유강화 복합재료(fiber-reinforced composite material)들은 기존의 금속재료들보다 강도(strength)와 강성 (modulus)이 높다. 이들 재료들은 낮은 비중 때문에, 높은 비강도와 비강성(high specific strength and stiffness)의 값을 가지게 된다. 그리고 섬유강화 복합재료는 일반적으로 좋은 피로특성을 가지고 있기 때문에, 무게를 줄여야 하 는 우주항공 재료나 자동차의 재료로 사용되고 있다. 고분자 물질을 모재로 갖는 섬유강화 복합재료는 모재의 높은 감쇠특성때문에 일반적으로 높은 감쇠 특성을 가지 고 있다. 이러한 복합재료들은 높은 비강성을 함께 가지고 있으므로, 구조재료로 사용할 경우에 구조의 높은 고유 진동수를 가져오며, 외부의 요인에 의하여 진동이 발생할 경우 쉽게 진동을 흡수하므로, 동력 전달축 등에 사용된다.섬유로 강화된 복합재료는 낮은 열팽창계수(CTE, Coefficient of Thermal Expansion)를 가지므로, 우주선과 같이 높은 온도와 낮은 온도에서 동시에 사용되는 구조재료로 이용되면, 치수의 안정을 가져오게 된다.

    복합재료 사진예제