구조 하중지지 기능을 갖는 균일 발열 섬유강화 복합재료의 제작 및 특성 연구

초록

최근 철도 차량 분야에서는 섬유 강화 복합재료 적용 연구가 활발히 진행되고 있다. 나노 소재를 이용하여 인성을 높이는 등 기계적 물성을 강화하는 동시에 타 기능을 부여하는 다기능화 연구가 있다. 본 연구에서는 탄소섬유보다 가격이 낮고 내환경성과 내화학성이 우수한 유리섬유 직물 표면에 Dip-coating 공정을 통해 MWCNT(Multi-Walled Carbon Nano Tube)를 코팅함으로써, 섬유강화 복합재료의 기계적 물성 향상과 발열성능을 동시에 구현고자 하였다. MWCNT가 코팅된 유리섬유 직물을 적층하고 VARIM (Vacuum Assisted Resin Infusion molding)을 통해 페놀레진을 주입하여 복합재료를 제작하였다. MWCNT가 20회 코팅된 복합재료의 경우 레진 주입공정 이후 전기 전도도가 약 53% 감소함을 관찰하였다. 10회 코팅된 시편의 기계적 물성이 인장시험과 굽힘시험을 통해 비교되었으며, 코팅된 시편이 두 시험에서 약 4%의 물성 감소를 확인하였다. 인가전압이 24V일 때, 최대온도는 59.3℃였으며 복합재료 표면에서 균일한 발열을 확인하였으며, 전압의 제곱에 비례하여 표면 온도가 변함을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 균일한 발열 성능을 가지면서도 구조 하중 지지가 가능한 MWCNT가 코팅된 유리섬유/페놀 복합재료의 제작 가능성을 확인하였다.