복합재료란 다성분 재료를 말하는데, 폴리머, 금속, 탄소, 세라믹 같은 기본 재료(matrix)에 섬유나 실 모양의 결정, 미세분산입자 같은 것을 보강한 재료이다. 원하는 재료의 성분과 특성, 기본재료와 보강재의 비율, 보강재의 특성 등을 고려해서 필요한 성질을 띤 강화재료를 제조할 수 있다. 복합재료를 구성하는 기본재료는 소재의 모노리스를 보장하고, 보강재의 압력 전달과 분배를 보장하며, 내열, 내습, 내연, 화학물질에 대한 내성 등을 결정한다. 기본재료는 그 성격에 따라 폴리머, 금속, 탄소, 세라믹, 또는 다른 복합재료 등으로 나누어진다.
이러한 소재산업은 산업의 특성상 다양한 수요산업과 유기적인 연관관계를 가지고 있어 수요산업의 변화가 궁극적으로 소재산업의 변화를 결정한다고 해도 과언이 아니다. 최근에는 대부분의 수요산업에서 가장 큰 이슈로 환경·에너지문제를 언급하며 녹색 성장이 가능한 연구개발에 몰두하게 되면서 우리나라뿐만 아니라 국제적으로도 친환경 에너지화로의 산업변화가 진행 중에 있다.
이에 따라 에너지 효율성을 높이고 환경오염 저감기술 적용이 가능한 복합소재개발이 활발히 이뤄지고 있다. 적용분야 및 기능에 따라 향후 유망할 것으로 예상되는 복합소재들을 살펴보면 에너지효율화를 위한 복합소재, 에너지 저장 및 발전용 복합소재, 자원절감을 위한 복합소재, 수처리용 및 CCS용 복합소재 등으로 구분할 수 있다.
먼저 에너지 효율화를 위한 복합소재로는 탄소섬유, 나노클레이, 전자종이용 복합소재 등이 있는데 나노클레이 복합소재의 경우 점토 광물 성분으로 구성된 무기 충전재(Filler)형태로 되어 있다. 유기물과는 다르게 무기물의 경우 나노크기 수준에서 안정한 상태를 갖기 어려우나 나노클레이의 경우 안정된 실리케이트(silicate) 나노 구조를
가지며 가공성이 용이하여 경량화를 목적으로 개발이 되었으며 적용성이 상대적으로 우수하여 많은 화학 소재 기업들이 자동차 소재, 포장재, 전기부품 등의 용도로 소재적용을 통한 연구개발이 활발히 진행되고 있다
이에 따라 본원 RIsearch센터에서는 국내외 민간연구소와 대학의 자료 협조와 정부의 정책 자료를 토대로 분석, 정리하여 『주력산업 복합신소재(Composite Material) 국내외 기술 개발 동향과 발전 전망』을 발간하게 되었다.
본서 1장에선 복합재료(Composite Material)의 기술적 개론을, 2장~5장에선 주요 분야 연구·기술 개발 동향을 수록하였고 마지막 6장에선 최근 복합소재 해외 기술 동향을 다루면서, 이와 관련된 기업과 개인 회원 여러분들에게 다소나마 유용한 정보자료로 활용되기를 바라는 바입니다.
2014. 8. 14.
산업정책분석원 Rlsearch센터
출간 예정일 : 2014. 8. 18
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<목차>
제Ⅰ장 기능성 복합소재(Composite Material) 기술 개론
1. 복합소재(Composite Material) 기술 개요
1) 복합소재의 의미
2) 복합소재의 기술 개념과 히스토리
3) 복합소재의 장점과 특성
4) 환경·에너지 분야의 유망 복합소재 기술 개요
(1) 절전, 경량화 등의 에너지 효율화를 위한 복합소재
가. 나노클레이(Nanoclay)-고분자 복합소재
나. 전자종이(e-paper)용 복합소재
(2) 에너지 저장/발전용 복합소재
가. 리튬이온전지용 복합소재
나. 연료전지용 복합소재
(3) 자원 절감을 위한 복합소재
가. 탄소나노튜브(CNT) 복합소재
나. 패터닝(patterning)용 복합소재
(4) 수처리용 복합 소재
가. 멤브레인 복합소재
(5) 이산화탄소 포집 및 저장(CCS)용 복합소재
가. 금속-유기 프레임워크(MOF, Metal-Organic Framework)
나. 생체모방형 포집 소재
2. 복합 소재의 구분과 사례
1) 복합 소재의 구분
(1) 신금속(New Metals)
가. 써매트(Cermet: Ceramic + Metal)
나. 분산강화 합금(Dispersion-Strengthened Alloy)
다. 섬유강화 금속(Fiber Reinforced Metal, FRM)
라. 형상기억합금(Shape memory alloy)
마. 비정질 금속(Amorphous substance, 아몰퍼스)
(2) 세라믹재료(Ceramics)
가. 구조재료
나. 유전재료(Dielectric Materials)
다. 자성재료
(3) 기능성고분자(Functional polymer )
가. 광학고분자
나. 분리막 고분자
다. 초내열성, 초강도고분자
라. 전도성 고분자
2) 조형적 복합재료 아티스트별 사례
(1) Wood
가. Anna Whitley
나. Kate Barton
다. Pauline Bern
(2) Fiber
가. Material
ⅰ. Pia Aleborg - 피부의 각질을 직설적으로 표현
ⅱ. Pia Aleborg – 단추를 극대화한 쥬얼리
ⅲ. Kate Alterio – 패브릭을 이용한 수납형 반지
ⅳ. Shana Astrachan – 패브릭의 다양한 변형, 금속과의 결합
ⅴ. Lisa Walker – 패브릭으로 다양한 형태 변형, 금속과의 결합
나. Meaning
ⅰ. Joanna Campbell – 시각적 유희: 금속의 패브릭화
(3) Mix material
가. 크리스티앙 볼츠 – 금속과 재활용품의 결합
나. Marie Asbjornsen – 알루미늄 캔
다. Jacqui Chan – 알루미늄 캔과 silver 모두를 사용
라. Alidra alic – 플라스틱과 금속의 결합
마. Jhon Edgar – 유리와 돌, 자연물, 종이 등과 금속의 결합
바. Lisa Walker – 여러 가지 재료로 추상적, 구체적 형태로 재미있게 제시
사. Miriam Gribble – 전자회로, IC 계기판 등으로 작업
아. Sharon Fitness – 실리콘, 부가재료와금속의결합
자. Warwick Freeman – Horse tooth와 금속의 결합
3. 대표적 기능성 복합소재 개발 전망과 기대
1) 항공기 구조에 대한 탄소섬유 복합재료 적용 시 과제와 앞으로의 기대
(1) 개요
(2) 항공기 구조와 구조설계
(3) 복합재료 사용 이유
(4) 경량구조재로서의 기술문제
(5) 제조비용 문제
(6) 앞으로의 과제와 필요기술
2) High Aspect Ratio 나노필라멘트를 이용한 투명수지 유리의 개발
(1) 개요
(2) 투명한 새로운 재료의 개발
(3) 개발재료의 특성
가. 입자의 길이와 분산상태
나. 투명성
다. 역학적 특성, 선팽창계수
3) 탄소섬유 복합재료의 형상과 향후 전망
(1) 개요
(2) 탄소섬유 복합재료의 특성과 성형방법
가. 그레이드와 역학특성
나. 탄소섬유 복합재료(CFRP)
다. 탄소섬유 복합재료의 성형방법
(3) CFRP에 의한 경량화 효과
가. CO2 저감효과
나. 자동차의 경량화와 기술동향
(4) 시사점
4) 피치계 탄소섬유 복합재료의 산업기구 분야에 대한 전개
(1) 피치계 탄소섬유「DIALED」
(2) 피치계 탄소섬유를 베이스로 한 CFRP와 그 특성 및 용도
가. 경량고강성의 활용
나. 방열특성의 활용
다. 내열성의 활용
라. 저 열팽창성의 활용
마. 새로운 CF복합재료 : C/C 및 CMC
5) 소재 기업에 주는 시사점
제Ⅱ장 탄소/나노/고분자/세라믹 복합소재(Composite Material) 기술 동향
1. 탄소 복합소재 기술 동향
1) 탄소 섬유 시장 현황
(1) 항공우주, 자동차분야 시장 동향
가. 항공우주, 자동차 분야에서 주목 받고 있는 탄소섬유 복합소재
나. 고강도 초경량 소재
(2) 탄소섬유 시장 경쟁 환경
(3) 탄소섬유 복합소재에 관한 3가지 시사점
가. 철강분야를 위협하는 새로운 대체재
나. 대중화를 위한 기술적 한계
다. 철강사 대응 방향
(4) 기타 탄소섬유 적용사례
2) 기능성 탄소나노튜브 복합체의 개발현황과 전망
(1) 차세대 기능성 탄소나노튜브
가. 탄소나노튜브 구조와 물성
나. 다양한 탄소나노튜브 합성법
ⅰ. 전기방전법(Arc-discharge)
ⅱ. 레이저 증착법(Laser Vaporization)
ⅲ. 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)
ⅳ. 기상합성법(Vapor Phase Growth)
다. 탄소나노튜브 생산 기업
라. 탄소나노튜브 응용을 위한 정제
마. 분산을 위한 탄소나노튜브의 표면개질
바. 탄소나노튜브의 기능성 용도 개발
사. 신소재로 주목받는 탄소나노튜브 복합재료
(2) 해외 탄소나노튜브 복합소재 개발 동향
가. 해외 동향
나. 국내 동향
(3) 탄소나노튜브 복합소재 시장 전망
가. 탄소나노튜브 가격인하 전망
나. 전기전도용에서 전자소재용 복합소재로 응용시장 확장
다. LED 사용되는 탄소나노튜브 방열소재 전망
라. 전자파 차폐를 향한 탄소나노튜브 복합소재
마. 에너지 절감을 위한 자동차부품용 탄소나노튜브 복합소재
바. 에너지 절감과 인간 친화적인 탄소나노튜브 광원
(4) 시장 전망 시사점
3) 탄소섬유 복합재료 국내 정책 프로젝트
(1) 추진 배경
가. 시장성
나. 외국 지원 현황
ⅰ. 미국
ⅱ. 독일
ⅲ. 일본
ⅳ. 국내 생태계
(2) 추진 방향
(3) 추진 내용
가. 자동차 구조재 시범사업
ⅰ. 사업 개요
ⅱ. 기간 및 예산
ⅲ. 기대 효과
ⅳ. 추진 방향
나. CNG 압력용기 시범사업
ⅰ. 사업 개요
ⅱ. 기간 및 예산
ⅲ. 기대 효과
ⅳ. 추진 방향
다. 항공기 구조재 시범사업
ⅰ. 사업 개요
ⅱ. 기간 및 예산
ⅲ. 기대 효과
ⅳ. 추진 방향
(4) 향후 일정
4) 탄소 복합소재 연구·기술 개발 동향
(1) 탄소복합섬유 개발동향
가. 기술 개요
ⅰ. PAN계 탄소섬유
ⅱ. Pitch계 탄소섬유
나. PAN계 탄소섬유 연구 동향
ⅰ. PAN 탄소섬유 물성
ⅱ. PAN계 탄소섬유 내에 함침된 탄소나노튜브의 효과
ⅲ. Gel Spinning된 PAN/CNT 섬유
ⅳ. 이성분 Gel 방사로 얻어진 PAN/CNT섬유
ⅴ. PAN계 탄소섬유 안정화/탄화
다. Pitch/CNT 복합 탄소섬유
(2) 자동차 경량화를 위한 탄소섬유강화 복합재료 동향
가. 기술 개요
나. 차량 경량화의 필요성
다. 탄소섬유 복합재료 적용 및 고효율 자동차 현황
ⅰ. 자동차 경량화를 위한 탄소섬유 복합재료 동향
ⅱ. 세계 고효율 자동차산업 현황
ⅲ. 국내 고효율 자동차산업 현황
ⅳ. 고효율 자동차 부품소재 실태와 구조적 문제점
ⅴ. 탄소섬유 리사이클 기술개발
라. 국내 정책 시사점
(3) 50피트급 탄소섬유강화복합재료 크루즈 보트의 기본설계 및 특성
가. 기술 개요
나. CFRP 크루즈 보트 선형
ⅰ. 설계조건 정의
ⅱ. 설계선 주요제원 정의
ⅲ. 선형설계
ⅳ. 저항 및 유효마력 추정
다. CFRP 크루즈 보트 설계모델
라. 설계선의 특성
ⅰ. 형상특성
ⅱ. 저항 및 활주자세 특성
(4) PEMFC용 탄성 탄소 복합재료 분리판의 기계적 강도 및 전기전도도에 미치는 탄소섬유 필라멘트와 흑연 섬유의 영향 분석
가. 기술 개요
나. 실험방법
ⅰ. 재료
ⅱ. 가열 압축성형에 의한 시편 제조
ⅲ. 기기분석
다. 결과 및 고찰
(5) 아임계수를 이용한 CFRP 라미네이트 분리 기법
가. 기술 개요
나. 연구 및 방법
ⅰ. 시편 준비
ⅱ. 반응기
ⅲ. 주사전자현미경을 통한 탄소섬유 표면 관찰
다. 결과 및 고찰
ⅰ. 반응조건 변화에 따른 수지 제거율
ⅱ. 분해 탄소섬유의 SEM 촬영
라. 결론
(6) 탄소복합소재 분리판을 이용한 소형 고분자전해질 연료전지 스택 제작 및 성능분석 연구
가. 기술 개요
나. 실험
ⅰ. 분리판 제작
ⅱ. 연료전지 스택 제작
ⅲ. 스택의 성능평가
다. 결과 및 고찰
ⅰ. 스택의 초기 성능
ⅱ. 스택 장기운전 및 성능분석
라. 결론
2. 나노·바이오 복합소재 기술 동향
1) 자연 순환형 천연섬유와 바이오복합소재 기술 개발 동향
(1) 기술 개요
(2) 천연섬유 보강재
(3) 식물성 천연섬유 보강재의 종류
(4) 천연섬유의 표면개질
(5) 상용화제의 활용
(6) 바이오복합재료의 연구개발 동향
가. 유럽
나. 미국
다. 아시아
(7) 기술 정책 시사점
2) 나노 복합재료 기술 개발 동향
(1) CNT/금속 나노복합재료의 제조 공정 및 기계/전기적 특성
가. 기술 개요
나. 탄소나노튜브 나노복합재료 제조 공정의 주요 이슈
다. 탄소나노튜브/금속 나노복합재료의 기존 제조 공정 및 특성
ⅰ. 분말야금법(Powder Metallurgy)을 이용한 제조 공정 및 특성
ⅱ. 무전해(전해) 도금 공정을 이용한 제조 공정 및 특성
ⅲ. In-situ 공정을 이용한 제조 공정 및 특성
라. 분자수준 혼합공정(Molecular Level Mixing Process)을 이용한 탄소나노튜브/금속 나노복합분말의 신제조 공정 개발
마. 고강도-고탄성 구조용 탄소나노튜브/금속 나노복합재료 제조 및 특성
바. 전계방출에미터용 기능성 탄소나노튜브/금속 나노복합재료 제조 및 특성
사. 탄소나노튜브/금속 나노복합재료의 응용 분야
(2) 형상 기억 고분자 나노 복합 소재
가. 형상기억 고분자 소개
나. 특허 분석을 통한 형상 기억 고분자 개발 상황 분석
다. 형상 기억 고분자의 기본 이론
라. 형상 기억 고분자
마. 형상 기억 고분자 나노 복합소재
(3) 풀러렌이 분산된 알루미늄기지 나노복합재의 기계적 거동 분석
가. 기술 개요
나. 실험 방법
다. 결과 및 고찰
라. 연구 시사점
3. 고분자 복합소재 기술 동향
1) 고분자 복합재료의 개발동향과 시장전망
(1) 고분자 복합재료의 기술 개요
(2) 고분자복합재료의 생산공정
가. 스티칭 기술과 RTM공정(Stitched/RTM)
나. Co-Curing Technology
다. 재활용(Recycling)
(3) 친환경 고분자 복합재료 기술 동향
가. 자연 섬유 복합재료
나. 천연섬유/고분자 복합재료용 실란 Coupling제
ⅰ. 천연섬유 복합재료의 특성 및 실란 Coupling제
ⅱ. 실란의 구조 및 가수분해 공정
ⅲ. 실란과 천연섬유와의 상호작용 메커니즘
ⅳ. 실란과 고분자와의 상호작용
ⅴ. 옥외 사용 특성 향상
(4) 자연섬유 복합재료의 국내외 시장 현황
가. 북 아메리카 시장 동향
ⅰ. 미국
ⅱ. 캐나다
나. 유럽
다. 아시아
ⅰ. 중국
ⅱ. 일본
ⅲ. 한국
2) 열가소성 고분자 복합재료 기술 개발 동향
(1) 열가소성 고분자 복합재료의 장점
(2) 열가소성 고분자 복합재료의 제조 방법
가. Film Impregnation Process
나. Compression Film Iimpregnation Process
다. Co-Mingled Fiber Impregnation Process
라. Resin Impregnation Process
(3) 열가소성 고분자 복합재료의 개발 전망
3) 나노탄소 고분자 복합재료 기술 개발 동향
(1) 기술 개요
(2) 나노탄소
(3) 나노탄소 고분자 복합재료
가. 나노탄소 충전 복합재료
나. 나노탄소 충전 FRP 복합재료
다. 나노탄소섬유 복합재료
4) 차세대 수송기기용 경량 고분자·복합소재 기술 현황
(1) 환경분석
(2) 특허동향 분석
(3) 주요기업 동향분석
4. 탄화규소 및 세라믹 복합소재 기술 동향
1) 탄화규소 복합소재 기술 개발 동향
(1) 고밀도 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합재료의 제조 방법 분석
가. 기술 특징
나. 기술 활용분야 응용 가능 제품
다. 응용제품의 특징 및 경쟁력
라. 응용가능 시장 현황
마. 경쟁기업 및 제품 동향
(2) 우주발사체용 탄소섬유 강화 탄화규소 복합소재 동향
가. 탄소섬유 및 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체 기술 개요
나. 탄소섬유 및 탄화규소섬유 강화 탄화규소 복합체 기술동향
ⅰ. 해외 기술동향
ⅱ. 국내 기술동향
다. 탄소섬유 강화 탄화규소 복합체 시장동향
라. 결론
2) 세라믹 복합소재 기술 동향
(1) 친수성, 통기성 및 항균성이 향상된 고분자-세라믹 복합소재의 제조 및 물성
가. 기술개요
나. 실험방법
ⅰ. 복합재료의 제조
ⅱ. 복합재료의 물성측정
다. 결과 및 고찰
ⅰ. 복합재료의 세라믹입자 분포 영상
ⅱ. 표면친수성
ⅲ. 통기성
ⅳ. 항균효과
(2) 금속기지 세라믹 복합소재의 경면연삭 가공 특성 분석
가. 기술 개요
나. 실험 및 평가방법
ⅰ. 실험장치의 구성
ⅱ. 실험조건 및 측정
다. 결과 및 고찰
ⅰ. 입도별 표면조도
ⅱ. 가공표면 특성 분석
제Ⅲ장 기계, 금속, 구조물/유리섬유 복합소재(Composite Material) 기술 동향
1. 기계, 금속, 구조물 복합소재 기술 동향
1) 기계적 합금화법으로 제조한 MgHx-Graphene 복합재료의 수소화 거동 특성 분석
(1) 기술 개요
(2) 실험방법
가. MgHx-Graphene제조
나. MgHx-Graphene특성 평가
(3) 결과 및 고찰
(4) 결론
2) 분말시스압연법에 의한 CNT 강화 Al기 복합재료의 제조 및 평가 분석
(1) 기술 개요
(2) 실험방법
가. 시편준비
나. 시험 및 특성분석
(3) 결과 및 고찰
(4) 결론
3) 마찰교반프로세스를 이용한 금속기 복합소재 제조 및 특성 분석
(1) 기술 개요
(2) 교반부의 복합소재화 원리 및 특성
(3) 교반 변수에 따른 복합소재화 교반부의 특성
(4) 강화입자의 종류 및 크기에 따른 복합소재화 교반부의 특성
4) 도로구조물 경량화를 위한 복합재료 샌드위치 패널에 관한 연구 동향
(1) 기술 개요
(2) 복합재료 기본이론
가. 복합재료 적층판의 강성 계산
나. 판 이론에 의한 해석
다. 보 이론에 의한 해석
라. 단순지지된 특별직교이방성 복합적층판의 해법
(3) 수치해석
가. 특별직교이방성 복합적층판 패널
나. 프로그램 오차 비교
다. 도로구조물 샌드위치 패널 모델링
라. 수치해석 결과
5) 완전 복합신소재 풍력타워 개발 연구 동향
(1) 복합소재 풍력타워 연구 동향
(2) 복합소재 기둥 구조
(3) 완전복합신소재 풍력타워의 경제성 및 성능 검토
(4) 완전 복합신소재 풍력타워 모형 실험
(5) 연구 시사점
2. 유리섬유 복합소재 기술 동향
1) 유리섬유 복합소재 구조부재 및 난간에 관한 기술 개발 동향
(1) 유리섬유 복합소재 구조부재(Glass Fiber Reinforced Composite Structural Members)
가. 기술 개요
나. 기존부재의 문제점
ⅰ. 기술적 측면
ⅱ. 경제적 측면
ⅲ. 시공성 측면
ⅳ. 유지관리 측면
다. 복합소재의 특징
ⅰ. 복합소재의 특징
ⅱ. 활용분야
라. 단면설계 및 제작
ⅰ. 사용재료
ⅱ. 유리섬유 복합소재 물성치 및 내약품성시험
ⅲ. 인발성형(pultrusion)을 이용한 복합소재 구조부재 제작공정
마. 기술적 특성 비교
바. 국내 적용 현황
ⅰ. 창원·반송 정수장
ⅱ. 강원・양구 정수장
ⅲ. 안동・용상 정수장
(2) 유리섬유 복합소재 난간(Glass Fiber Reinforced Composite Handrail)
가. 기술의 개요
ⅰ. 개발배경
ⅱ. 개발목적
나. 기존 스테인레스 난간의 문제점
ⅰ. 기술적 측면
ⅱ. 경제적 측면
ⅲ. 시공성 측면
ⅳ. 유지관리 측면
다. 복합소재의 특징
ⅰ. 복합소재의 특징
ⅱ. 활용분야
라. 기계적 특성 비교
마. 기술적 특성 비교
바. 단면설계 및 제작
ⅰ. 사용재료
ⅱ. 복합소재 난간 기계적 특성 및 내약품성시험
사. 복합소재 난간 상세
ⅰ. 난간 단면(원형)
ⅱ. 연결상세
ⅲ. 사용 주부재 및 연결재 크기
아. 개발 난간
ⅰ. 연결부재
ⅱ. 원형난간 개념도
ⅲ. 절약형 난간
ⅳ. 난간 시공 순서도
자. 구조해석
ⅰ. 해석방법
ⅱ. 하중
ⅲ. 해석결과
ⅳ. 검토결과
2) 피치 코팅된 유리섬유의 탄화가 에폭시 복합재료의 열전도도에 미치는 영향 분석
(1) 기술 개요
(2) 실험
가. 시약 및 재료
나. Pitch 코팅된 탄화유리섬유의 제조 및 산처리 기능화
다. Epoxy 시편제조
라. 분석
(3) 결과 및 토론
(4) 결론
3) 유리섬유 강화 폴리올레핀케톤 복합재료의 제조 및 특성에 대한 연구
(1) 기술 개요
(2) 실험
가. 시약
나. 폴리올레핀케톤 고분자 합성
다. 폴리올레핀케톤 고분자 및 복합재료 시편 제조
라. 기기
(3) 결과 및 고찰
가. 폴리올레핀케톤 고분자 합성
나. 유리섬유의 도입
다. 유리섬유와 고분자의 계면 특성 확인
라. 복합재료의 기계적 물성
(4) 결론
4) 탄소/현무암 섬유강화 하이브리드 복합재료의 성형과 기계적 특성 평가 분석
(1) 기술 개요
(2) 재료 및 실험방법
가. 재료준비
나. 시편제작 및 평가방법
(3) 시험 결과 및 고찰
가. 성형 공정에 따른 기계적 특성
나. 성형 적층 방법에 따른 기계적 특성
다. 탄소 함유율에 따른 기계적 특성
라. 파단면 분석
(4) 결론
제Ⅳ장 목재·플라스틱 복합소재 (Composite Material) 기술 동향
1. 목재·플라스틱 복합재
1) 개요
2) 목재·플라스틱 복합재의 역사
(1) 목재·플라스틱 복합재의 여명기
(2) 국내 목재·플라스틱 복합재 산업
(3) 일본의 목재·플라스틱 복합재 산업
(4) 미국의 목재·플라스틱 복합재 산업
(5) 기타 해외 목재·플라스틱 복합재 산업
(6) 목재·플라스틱 복합재의 미래
3) 목재·플라스틱 복합재의 분류와 특징
(1) 목재·플라스틱 복합재의 분류
(2) 목재·플라스틱 복합재의 특징
(3) 각종 목재·플라스틱 복합재의 성능
2. 목재·플라스틱 복합재의 원료, 첨가제 및 성형방법
1) 목질 원료(wood raw materials)
2) 플라스틱 원료(plastic raw materials)
3) 첨가제(additives)
(1) 무기 충전제(mineral fillers)
(2) 안료(colorants)
(3) 활제(lubricants)
(4) 상용화제(coupling agents)
가. 기능
나. 영향
다. 상용화제의 종류
(5) 산화방지제/UV 안정제(antioxidants/UV stabilizers)
(6) 난연제(flame-retardants)
(7) 열안정제(heat stabilizer)
(8) 발포제(foaming agents)
(9) 항균제(anti-microbials)
4) WPC 성형방법
(1) 압출 성형
(2) 프레스 성형
(3) 사출 성형
3. 목재·플라스틱 복합재의 용도
1) WPC 건축재 산업
(1) 데크(decking)
(2) 창호재(window profiles)
가. 창호 재료의 종류
(3) 울타리(fences)
가. 울타리 기술
나. 건축 법령과 규정
다. WPC 관련 사항
(4) 가드레일(guardrails)
(5) 외벽재(siding)
가. 경식 발포 PVC
나. WPC와 관련
(6) 지붕(roofing)
2) 인프라 산업 및 자동차 산업
(1) 해양 시설물(marine)
(2) 보드웍(boardwalk)
(3) 철도(railroads)
(4) 교각(bridges)
(5) 고속도로 가드레일(highway guardrails) 및 방음벽(sound barriers)
(6) 자동차 산업(automobiles)
4. 해외 WPC 규격동향
1) 국내 WPC 규격
(1) KS 규격(KS F 3230 : 2011)
(2) GR 규격(GR F 2016 : 2011)
(3) 시험방법
가. 비중
ⅰ. KS 규격
ⅱ. GR 규격
나. 굴곡최대하중
ⅰ. 시험편
ⅱ. 시험방법
다. 굴곡 크리프 변형
ⅰ. 시험편
ⅱ. 시험방법
라. 충격저항성
ⅰ. 시험편
ⅱ. 시험방법
마. 충격강도
ⅰ. 시험편
ⅱ. 시험방법
바. 뒤틀림성
ⅰ. 시험편
ⅱ. 시험방법
사. 나사못 유지력
아. 미끄럼 저항성
ⅰ. GR 규격
ⅱ. KS 규격
자. 수분흡수율과 동해융결(최대굴곡하중변화율)
ⅰ. 수분흡수율
ⅱ. 동해융결(최대굴곡하중변화율)
차. 길이선열팽창계수
ⅰ. 시험방법
카. 내곰팡이성
ⅰ. 시험방법
타. 폼알데하이드 방산량
ⅰ. 시험편
ⅱ. 시험방법
파. 유해물질용출시험
ⅰ. KS 규격
ⅱ. GR 규격
하. 난연성(KS 규격)
ⅰ. 시험편
ⅱ. 시험방법
2) 일본의 WPC 규격(JIS A 5741 : 2006)
(1) 소재규격
(2) 제품규격
가. WPC 소재에의 기본물성시험
나. 안전성 시험
다. 표시
3) 미국의 WPC 규격
(1) 소재규격(ASTM D7031-04)
(2) 제품규격(ASTM D 7032-10)
4) 유럽의 WPC 규격
(1) 소재규격(CEN/TS 15534-2 : 2007)
(2) 제품규격(CEN/TS15534-3:2007)
가. 내후성
나. 생물열화 저항성
다. 열적 성질
라. 연소성
마. 규격 개정의 움직임
5) 국제표준화(ISO)의 움직임
5. 목재·플라스틱 복합재의 문제점과 해결방법
1) WPC 원료에 과도한 함수율
2) 소량의 항산화제
3) 고속 압출 공정 및 WPC 제조 후의 급속한 냉각
4) 많은 양의 재생 WPC와 적은 양의 안료
5) WPC 데크의 미끄러움
6. 함침형 목재·플라스틱 복합재
1) 개요
2) WPC의 제조방법
(1) 원료
(2) 목재
(3) 수지액
(4) 첨가제
가. 착색제
나. 가교제
다. 난연제
라. 중합촉진제
3) 약제의 주입방법
(1) 주입조작
(2) 주입장치
(3) 주입성의 평가
4) 중합방법
(1) 방사선 조사법
(2) 촉매가열법
(3) 중합공정의 개량
(4) 중합성의 평가
5) 함침형 WPC의 성질
(1) 흡습(수)성과 치수안정성
(2) 기계적 성질
(3) 실용적 성질
가. 표면성능
나. 가공성
다. 접착성
라. 내후성(耐朽性)
마. 내후성(耐侯性)
6) 관능성 수지의 효과
(1) 고함침 WPC의 개량
(2) 저함침 WPC의 개량
7) 함침형 WPC의 용도
제Ⅴ장 자동차/항공기 복합소재(Composite Material) 기술 동향
1. 자동차 복합소재 기술 동향
1) 자동차용 플라스틱 재료 및 금속 복합재료 제조 기술 동향
(1) 자동차 경량화 플라스틱, 해결과제와 경쟁력 확보 방안
가. 기존 철강소재 차체의 한계 극복을 위한 플라스틱 복합소재 개발
나. 자동차 경량화 플라스틱 소재 및 금형의 상용화 확대를 위한 다수의 해결 과제 문제
다. 자동차 경량화 플라스틱 금형 기술 시장 전망
라. 자동차 경량화 플라스틱 차체 설계 및 소재 평가 기술
(2) 자동차용 금속복합재료의 제조기술 동향
가. 기술 개요
나. 금속기 복합재료의 제조방법 분류
다. 금속기 복합재료의 실용화 사례
라. 금속기 복합재료의 제조법 적용 예
ⅰ. 용탕첨가법(溶湯添加法)
ⅱ. 단조법(鍛造法)
ⅲ. 가압함침법 (加壓含浸法)
ⅳ. 가압함침법(제조의 고생산화)
ⅴ. 용탕접합
ⅵ. 기타 방법
마. 제조 기술 전망과 시사점
2) 자동차용 화학소재 현황과 전망
(1) 자동차 산업의 환경변화
가. 국가별 규제 현황
(2) 자동차 연비향상 방안
(3) 연비향상을 위한 경량화 방안
(4) 친환경 소재 동향
(5) 기능성 고분자 연구동향
(6) 자동차용 화학소재 시사점
3) 천연 황마섬유를 복합소재로 한 자동차부품의 친환경 설계 연구 동향
(1) 연구개요
(2) 제품의 수명 주기(PLC: Product Life-Cycle)
(3) 보닛의 전 과정 검사항목(LCI: Life Cycle Inventory)
(4) 보닛의 전 과정 평가(LCA: Life Cycle Assessment)
(5) 연구 시사점
4) 자동차용 탄소섬유/에폭시 복합재료-알루미늄 하이브리드 휠 설계 및 성능평가 동향
(1) 기술 개요
(2) 형상 및 구조정보
(3) 실험
가. 접착제의 인장실험
나. 접착 강도 실험
(4) 유한요소해석
가. 하이브리드 휠의 재료 및 구조
나. 정적 측면 하중
다. 회전 및 굽힘 피로 성능
(5) 시제품 제작
가. 금형 제작
나. 복합재료 부의 성형 및 접착
(6) 진동 실험
(7) 결론
5) 경량화 자동차의 신소재 결합을 위한 구조 접착 기술 동향
(1) 차량 개발 시 혁신 경량화 설계
가. 미래 법적 표준 충족을 위한 중량 절감
나. 차량 중량 감소 동향
ⅰ. 저밀도 재료의 사용
ⅱ. 특정 용도를 위한 고강도 재료의 사용
ⅲ. 일체형 경량화 구조
다. 밸런싱된 차체 지향
라. 현 기술 동향의 잠재력 및 한계
(2) 차체에 구조 접착 사용 현황
가. 코팅되지 않은 금속 기재의 구조용 접착
나. 복합재료의 구조용 접착
(3) 코팅되지 않은 금속 기재의 구조용 접착 동향
가. 구조용 접착제에 대한 신규 요건
ⅰ. 아연도금강 접착
ⅱ. 용융 아연도금강의 접착
ⅲ. 최적의 내열성
ⅳ. 최적의 가공성: 우수한 접착성, 압축성 및 간극 충진
나. 구조용 접착을 위한 현대의 충돌 내구성 에폭시 접착제
ⅰ. 고강도 및 초고장력강 접착
ⅱ. 용융 아연도금 코팅 강 접착
ⅲ. 내열성 접착제
ⅳ. 최적화된 접착성, 압착성 및 간극 충진성을 제공하는 최적의 유동 특성
다. 하이브리드 접착을 위한 유연성이 우수한 에폭시 접착제
(4) 복합재료 및 코팅된 금속 기재의 구조용 접착 동향
가. 복합재료용 접착 시스템에 대한 요구
나. 온도에 무관한(temperature-independent) 차세대 PU 고성능 접착제
(5) 체강용 강화 폼
(6) 기술 시사점
2. 항공기 복합소재 기술 동향
1) 항공산업의 복합재료 기술 발전 동향
(1) 항공산업에서의 복합재료 기술 개요
(2) 항공·여객기 구조 및 복합재료기술 발전 동향
가. 기술 개요
나. 구조재료 발전동향
ⅰ. 재료선정기준
ⅱ. 복합재
ⅲ. 알루미늄 금속재
다. 동체구조 발전동향
ⅰ. 동체의 구성 및 설계 요구도
ⅱ. 금속재 동체
ⅲ. 복합재 동체
라. 주익구조 발전동향
ⅰ. 주익의 구성
ⅱ. 복합재료의 주익 적용 동향
마. 기술 시사점
(3) 항공용 복합재의 공유 데이터베이스와의 동등성 결정 과정
가. 복합재 물성치 데이터베이스 공유 시스템
나. 복합재 동등성 과정
ⅰ. 정규화(Normalization)
ⅱ. 동등성 수락 기준
ⅲ. 동등성 시험 적용 영역
ⅳ. 시편 선택 방법
ⅴ. 동등성 시험 요건
다. 동등성 결정 방법론
ⅰ. 배경
ⅱ. 동등성 판단 시 고려 요소
ⅲ. 동등성 결정 과정
(4) 복합재료 항공기의 기술적 당면 과제 검토
가. 낙뢰손상방지 전기전도도의 향상
나. 자기구조진단 시스템기술의 향상
2) 항공기용 탄소섬유강화 복합재료의 기술동향
(1) 기술 개요
가. 개요
나. 탄소섬유강화 복합재료의 필요성
(2) 항공기용 탄소섬유강화 복합재료 기술동향
가. 세계 기술동향
나. 국내 기술동향
(3) 항공기용 탄소섬유강화 복합재료의 기술적 요구사항
가. 낙뢰 손상 방지용 전기전도도 향상 기술
나. 자기구조진단 시스템기술의 향상
3) 최신 무인기 복합재료의 기술 동향 - 최근 개발 공격형 무인기 복합재료 및 구조물
(Recent Application of the Composites to UCAV)
(1) 기술 개요
(2) 항공기의 복합재 적용
(3) UAV에 사용되는 복합재료
(4) UAVs, UCAVs에 사용되는 재료
(5) X-45
(6) X-47 Pegasus
제Ⅵ장 최근 복합소재(Composite Material) 해외 연구·기술 개발 동향
1. 최근 복합소재 해외 연구·기술 개발 동향
1) 대형 경량 구조물 자동차 적용 기술
2) 열전도성 열가소성 고분자에 사용되는 나노다이아몬드 복합재료
3) 중국에서 대나무 섬유 복합재료 개발
4) 고속기차 탄소섬유 복합재료 브레이크 프로젝트
5) 복합재료를 손쉽게 절단하는 혁신적인 장치
6) 보다 튼튼한 복합재료에 대한 영감을 주는 가재 집게
7) 열가소성 탄소 복합재료 바퀴
8) 대형 규모의 복합재료 구조 연구
9) 영국의 새로운 고속철도에 적용된 복합재료
10) 경량의 비행기 엔진 연구 프로젝트를 시작한 롤스로이스
11) 경량 초고강도 셀룰로오스 섬유
12) 풍력발전 블레이드에서의 탄소 나노 튜브 및 폴리머 나노 복합 재료 응용 연구
13) “털이 있는”탄소섬유에 의해 높은 전도성을 가지는 복합재료
14) 해상 가스 프로젝트의 안전관리를 향상시켜줄 유리섬유 보강 폴리에스터 소방 차폐물
15) 22미터 크기의 복합재료 이중 구조의 해상풍력 농장 서비스 선박
16) 리튬 이온 배터리 양극을 위한 새로운 산화게르마늄 복합재료
17) 가재에서 영감을 얻은 항공기용 복합재료 디자인
18) 우수한 용량 보유를 보여주는 리튬-황 배터리를 위한 S/Ni-MOF 복합재료 음극
19) 전기자동차 배터리에 사용되는 유리 프리프레그
20) 복합재료로 만들어진 전압 송전기
(1) 자산관리
(2) 경비 절감
(3) 안전한 환경
(4) 내구성
(5) 야생동물 보호
21) 굴 껍질 보강 폴리프로필렌 복합재료
22) 탄소섬유 보강 열가소성 복합재료의 초고성능 특성
23) 리튬이온 배터리 양극 재료로 높은 성능 보이는 삼산화이철-그래핀으로 이뤄진 시트 적층 형태의 복합 재료
24) 증류 곡물을 사용하여 제조한 바이오복합재료
25) 바이오매스를 플라스틱과 복합재료로 전환시키는데 5500만 불을 투자하는 캐나다 정부
26) 787 드림라이너에 사용될 복합재료 부품
27) NASA가 개발한 자가 치유하는 탄소섬유 보강 열가소성 복합재료
28) 항공우주용 복합재료 라미네이트
29) 복합재료 벌크 금속 유리와 같은 우수한 피로 강도를 보이는 팔라듐 기반 벌크 금속 유리
30) 산업체에 이익을 증가시켜주는 첨단 복합재료 마이크로파 공정
2. 해외 복합재료 소재 동향
1) 알루미늄 매트릭스에 분산 보강재를 첨가한 다기능 복합재료
(1) 응용분야
(2) 기술설명
2) 폭발압축법으로 복합재료 제조
(1) 응용분야
(2) 기술설명
3) 금속 간 물질로 제조한 적층복합재료
(1) 응용분야
(2) 기술설명
4) 불소수지-4와 초고모듈 폴리에틸렌으로 만든 적층 복합재료와 코팅물질
(1) 응용분야
(2) 기술설명
5) 유리세라믹과 탄소세라믹 복합재료
(1) 응용분야
(2) 기술설명
6) 적층 알루미늄플라스틱“SIAL”
(1) 응용분야
(2) 기술설명
7) 점성 프리프레그로 만든 복합재료(KMK)
(1) 응용분야
(2) 기술설명
8) 미세구형 유리텍스톨리트(Microspheres Glass fiber textolite)
(1) 응용분야
(2) 기술설명
9) 폭발충격파압축
(1) 응용분야
(2) 기술설명
10) 분말재료의 폭발압축
(1) 응용분야
(2) 기술설명
11) 플라즈마 증착법을 이용해 반가공 복합재료 제조
(1) 응용분야
(2) 기술설명
12) 복합산화물나노분말로 제조한 기능세라믹과 세라믹고분자 복합재료
(1) 응용분야
(2) 기술설명
13) 금속매트릭스를 가진 섬유보강복합재료
(1) 응용분야
(2) 기술설명
14) 변형된 차세대 재료로 만든 고분자복합재료
(1) 응용분야
(2) 기술설명
15) 나노복합재료의 방염섬유
(1) 응용분야
(2) 기술설명
16) 구리로 만든 나노복합재료
(1) 응용분야
(2) 기술설명
17) 나노결정구조와 조절 가능한 포어를 가진 세라믹 복합재료
(1) 응용분야
(2) 기술설명
(3) 개발단계
18) 무기질섬유로 보강한 고강도 복합재료
(1) 응용분야
(2) 기술설명
19) 탄소와 탄화규소 보강섬유들의 보호방지 층
(1) 응용분야
(2) 기술설명
20) 나노복합재료로 만든 방사선흡수 매질
(1) 응용분야
(2) 기술설명
21) 실리콘고분자복합재료의 광화학적 제조
(1) 응용분야
(2) 기술설명
22) 실리카 섬유로 만든 친환경 매트
(1) 응용분야
(2) 기술설명
23) 폴리티탄산 칼륨
(1) 응용분야
(2) 기술설명
24) 내화내열 복합재료
(1) 응용분야
(2) 기술설명
25) 제재소 폐기물로 만든 방사선 차폐 복합재료
(1) 응용분야
(2) 기술설명
가. Fanotren A: 베니어로 만든 복합재료
나. Fanotren B: 베니어로 만든 복합재료.
다. Plitotren A
