잠재력이 높은 7가지 복합 소재 공개

우리는 기술 발전이 빠르게 환경을 변화시키는 급격한 변화의 시대에 살고 있습니다. 신소재 기술의 혁신 속도는 더욱 빨라지고 있습니다.

단일 소재는 인류의 다양한 성능 요구 사항을 충족하지 못하는 경우가 많기 때문에 복합 소재로의 전환은 피할 수 없는 추세입니다.

이러한 환경에서 복합 소재는 지속 가능성, 저탄소 발자국, 고성능, 재활용성 등 친환경적인 특성이 강조되면서 폭발적인 시장 성장세를 보이고 있습니다.

그렇다면 업계 전문가들은 어떤 소재가 가장 발전 가능성이 높다고 생각할까요? 오늘은 잠재력이 큰 7가지 복합 소재에 대해 알아보겠습니다.

1. 고성능 탄소 섬유와 그 복합재

'가벼움의 왕'이라고 불리는 탄소 섬유는 강철의 4분의 1도 안 되는 밀도를 자랑하면서도 강도는 5~7배나 높습니다. 또한 고온 저항성, 마찰 저항성, 열 전도성, 내식성 등 바람직한 특성을 지니고 있습니다.

탄소 섬유의 주요 역할은 수지, 금속, 세라믹, 탄소와 함께 복합재에서 보강재 역할을 하여 첨단 소재를 만드는 것입니다.

특히 탄소섬유 강화 에폭시 복합재는 현존하는 엔지니어링 소재 중 비강도와 탄성률이 가장 높습니다.

직경이 5마이크론에 불과한 탄소 섬유의 강도는 머리카락 굵기의 10분의 1에서 12분의 1에 불과합니다. 알루미늄 합금 4배 이상 증가했습니다.

알루미늄 합금 구조에 비해 탄소섬유 복합재는 20%에서 40%까지 무게를 줄일 수 있으며, 강철 금속 부품에 비해서는 60%에서 80%까지 무게를 절감할 수 있습니다.

2. 고성능 파라-아라미드 섬유 및 그 복합재

파라-아라미드 섬유는 강도는 강철 와이어의 5~6배, 비계수는 강철이나 유리 섬유의 2~3배에 달하는 매우 중요한 전략 소재입니다. 인성은 강철의 두 배에 달하지만 무게는 5분의 1에 불과합니다.

하중을 견디는 구조용 재료와 내열성, 내마모성, 내식성을 제공하는 기능성 재료로 모두 사용할 수 있습니다.

고탄성, 고강도, 고온 내성, 산 및 알칼리 저항성, 경량 특성으로 잘 알려진 세계 최대 생산량의 유기 섬유 중 하나입니다.

고성능 파라-아라미드 섬유와 그 복합재의 주요 응용 분야로는 섬유 보강, 자동차 산업, 항공우주, 전기 장비, 철도 운송, 군사 보호, 스포츠 용품, 신에너지 분야 등이 있습니다.

최근 몇 년 동안 중국의 파라-아라미드 섬유 연구 개발은 수많은 기술 장벽을 극복하고 상당한 성과를 거두었습니다.

3. 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 및 그 복합재

탄소 섬유, 아라미드 섬유와 함께 세계 3대 첨단 섬유 중 하나로 알려진 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유. 분자량이 100만에서 500만 사이의 폴리에틸렌으로 방적된 현존하는 가장 높은 비강도와 탄성을 가진 섬유입니다.

가볍고 강도가 높으며 에너지 흡수력이 뛰어난 UHMWPE 섬유는 점차 아라미드 섬유를 대체하여 개인 탄도 보호에 선호되는 소재로 자리 잡고 있습니다.

4. 탄소/탄소 복합 재료

탄소섬유와 직물 강화 탄소 매트릭스 복합재료인 탄소/탄소 복합소재는 경량, 우수한 절삭 저항성, 우수한 내열 충격성, 고온 강도, 강력한 디자인성 등 뛰어난 특성을 자랑합니다. 미래에 가장 유망한 고온 소재 중 하나로 꼽히고 있습니다.

탄소/탄소 복합재는 그 독특한 특성으로 인해 항공우주, 자동차 산업, 의학 분야에서 폭넓게 활용되고 있습니다.

로켓 엔진 노즐과 목 라이닝, 우주선 노즈 캡과 날개 앞부분의 열 보호 시스템, 항공기 브레이크 디스크 등이 그 예입니다.

5. 현무암 섬유 강화 복합재

현무암 섬유는 높은 강도 및 강성고온과 부식에 강하고 가볍습니다.

다른 복합 소재에 비해 생분해성, 무독성, 친환경성 등의 장점이 있어 21세기의 '친환경 산업 소재'라는 타이틀을 얻었습니다. 항공우주, 군사, 도로 운송 분야에서 상당한 응용 가치를 지니고 있습니다.

6. 탄소/세라믹 복합 재료

탄소/세라믹 복합 소재는 고성능 세라믹의 고강도, 탄성률, 경도, 내충격성, 내산화성, 고온 내성, 산 및 알칼리 저항성, 낮은 열팽창 계수, 저밀도 등의 장점을 결합한 소재입니다.

이 소재는 최대 1650℃의 고온을 견딜 수 있는 새로운 유형의 고온 구조 및 기능성 소재입니다.

또한 이러한 복합 소재는 일반적인 세라믹 소재의 부서지기 쉬운 특성과 제한된 기능을 극복하여 이상적인 고온 구조 및 마찰 소재로 널리 인정받고 있습니다.

탄소/세라믹 복합재는 항공우주, 방위, 에너지, 자동차, 고속철도 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 최신 항공기 및 자동차 브레이크 시스템에서 가장 이상적인 고온 구조 및 마찰 재료로 인정받고 있으며, 현재 브레이크 재료 중 성능의 정점으로 여겨지고 있습니다.

7. 금속 매트릭스 복합재

금속 매트릭스 복합재는 금속과 그 합금을 매트릭스로 하여 하나 이상의 금속 또는 비금속 보강 단계와 인위적으로 결합합니다. 이는 현대 복합 재료의 중요한 분야입니다.

높은 횡방향 및 전단 강도가 기계적으로 특징인 이 복합재는 인성 및 피로 저항성과 같은 종합적인 기계적 특성이 우수합니다.

또한 열 전도성, 전기 전도성, 내마모성, 낮은 열팽창 계수, 우수한 감쇠 특성, 내습성, 비노화성, 무공해성 등의 장점을 제공합니다.

뛰어난 성능 덕분에 항공우주, 자동차, 전자, 기계 제조 산업에서 광범위하게 활용되고 있습니다.