고기능 복합재료의 주요 개발 방향은 무엇인가요?

복합재료와 고성능 복합재료가 무엇인지 먼저 살펴볼까요?

복합재료란 서로 다른 성질을 지닌 두 가지 이상의 재료를 거시적으로 물리적 또는 화학적 방법을 통해 조합하여 새로운 성질을 지닌 재료를 말한다. 다양한 재료는 성능 측면에서 서로 보완하여 시너지 효과를 창출하고 복합 재료의 전반적인 성능을 원래 구성 재료보다 향상시키고 다양한 요구 사항을 충족시킵니다.

복합재료의 매트릭스 재료는 금속과 비금속의 두 가지 범주로 구분됩니다. 일반적으로 사용되는 금속 기판에는 알루미늄, 마그네슘, 구리, 티타늄 및 그 합금이 포함됩니다. 비금속 기재로는 주로 합성수지, 고무, 세라믹, 흑연, 탄소 등이 있습니다. 보강재에는 주로 유리 섬유, 탄소 섬유, 붕소 섬유, 아라미드 섬유, 탄화 규소 섬유, 석면 섬유, 수염, 금속 와이어 및 경질 미세 입자가 포함됩니다.

복합재료는 주로 인프라 및 건설 엔지니어링, 운송, 자동차 복합재료, 에너지 및 환경 보호, 항공우주 분야에서 널리 사용됩니다. 그 중 풍력, 고속철도 및 자동차, 고온가스 탈황, 군용복합재료 등이 발전이 뜨거운 분야다.

고성능복합재료는 이름 그대로 고성능 복합재료를 말한다.

다양한 합성 원료에 따라 고성능 섬유는 주로 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 특수 유리 섬유, 초고 분자 폴리에틸렌 섬유 등으로 구분됩니다. 그 중 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 초고분자 폴리에틸렌 섬유 오늘날 세계 3대 고성능 섬유로 꼽히는 탄소섬유는 특히 주목할 만하다.

미국 시장 조사 기관이 제공한 수치에 따르면, 세계 탄소섬유 시장 수요는 2015년까지 13%의 성장률을 유지할 것으로 예상되는데, 우리나라의 탄소섬유 수요는 세계보다 훨씬 빠르게 증가하고 있다. 2015년까지 우리나라 전체 탄소섬유 수요는 16,000톤에 이를 것으로 추산된다. 신소재 산업 계획에 따르면, 우리나라의 탄소섬유 생산능력은 '12차 5개년 계획' 말까지 12,000톤에 달할 예정이다.

현재 새로운 탄소섬유 소재는 급속한 확장기에 진입했습니다. 앞으로는 항공우주, 석유 및 가스 개발, 자동차, 전자 및 기타 분야에서 탄소섬유 소재에 대한 수요가 크게 증가할 것입니다. . 일본, 미국, 독일 등 국가는 기술 독점 집중도가 높고 생사, 탄화 등 핵심 링크는 일본, 미국 및 기타 국가에 의해 통제되는 것으로 이해됩니다. 소형 토우 탄소섬유는 기본적으로 토레이(Toray), 토호(Toho), 미쓰비시(Mitsubishi) 등 일본이 장악하고 있으며, 대형 토우(Large Tow)는 미국의 졸텍(Zoltek), 독일의 SGL, 토호(Toho)가 주로 장악하고 있다. 일본의 시장 점유율은 약 80%입니다.

신소재가 직면한 다른 '기술적 장벽'과 마찬가지로 중국 정부는 2000년부터 탄소섬유 기술 연구개발을 촉진하기 위해 특별 자금을 투자해 현재 국내 탄소섬유 제품 중 소수에 불과하다. 독자적인 기술을 사용하여 개발한 제품은 국제 표준에 도달했지만 중국의 탄소섬유 제품 수의 국유화 비율은 아직 높지 않습니다.

수지 기반 복합 재료는 유기 폴리머를 매트릭스로 사용하고 이에 상응하는 섬유 강화재를 추가합니다. 이들은 현재 성숙한 기술과 가장 널리 사용되는 기술을 갖춘 복합 재료 유형입니다. .

단일재료는 유기물이든 무기물이든 일상생활에서 가장 흔히 사용되는 물질이다. 과학과 기술의 지속적인 혁신으로 인해 사람들은 재료 성능에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 따라서 복합재료의 출현은 시장에서 큰 환영을 받고 있다.

복합재료는 두 가지 이상의 서로 다른 물질이 서로 다른 방식으로 결합되어 구성되며 다양한 재료의 장점을 통합하여 발휘할 수 있으며 재료의 응용 범위를 확장할 수 있습니다. 수지 기반 복합재료도 그 중 하나이다.

수지 기반 복합 재료는 유기 폴리머를 매트릭스로 사용하고 이에 상응하는 섬유 강화재를 추가합니다. 이는 현재 가장 성숙하고 널리 사용되는 유형의 복합 재료입니다. 다양한 섬유 강화재에 따라 수지 기반 복합 재료는 유리 섬유 강화 플라스틱, 탄소 섬유 복합 재료, 아라미드 섬유 강화 플라스틱 등으로 나눌 수 있습니다.

"우리나라의 유리 섬유 강화 플라스틱 시장, 생산량 및 응용 분야는 세계 선진 수준에 도달했으며 모든 종류가 시장 수요를 충족할 수 있습니다. 탄소 섬유 복합 재료는 주로 항공 우주 분야에서 사용됩니다. 곧 국내에서도 발전하고 있습니다." 중국재료연구학회 컨설팅부 이사 Tang Jianmao 교수.

복합재료는 항공우주 및 에너지의 다양한 분야에 걸쳐 있습니다.

수지 기반 복합재료는 1932년 초 미국에 등장하여 제2차 세계대전 말까지 항공우주에서 주로 사용되었습니다. 나중에 이 자료는 민간용으로 확장되기 시작했습니다. 생산 공정도 초기 핸드 레이업 성형 기술에서 현재의 섬유 와인딩 성형 기술, 진공 백 및 압력 벨트 성형 기술, 사출 성형 기술이 공존하는 기술로 발전해 왔으며, 수지 기반 복합재료의 품질과 생산 효율성도 향상되었습니다. 크게 개선되었습니다.

우리나라의 수지 복합재료는 상대적으로 늦게 시작됐다. 연구 및 생산은 1958년에 시작되었습니다. 처음에는 군용 제품에 사용된 후 점차 민간용으로 확대되었습니다. 게다가 우리나라의 생산기술은 여전히 ​​주로 해외에서 수입되고 있다.

현재 수지계 복합재료 산업은 신흥 산업으로 우리나라의 '12차 5개년 신소재 계획'의 발전 중점 분야로 선정됐다. 이 계획은 수지 기반 복합 재료의 원료 준비, 산업 생산 및 지원 장비와 같은 핵심 문제를 극복하기 위해 저비용, 높은 비강도, 높은 비탄성률 및 높은 안정성이라는 목표를 제시합니다.

수지 복합재료는 여러 물질이 결합되어 여러 물질의 복합 효과를 나타냅니다. 비성능면에서는 우선 무게가 가볍고 기계적 성질이 좋으며 비강도가 높고 비탄성률이 크며 피로 저항성 및 충격 흡수 성능이 우수한 장점이 있습니다. 둘째, 디자인성이 우수하다. 섬유의 질량 분율과 분포 방향을 변경하고 적절한 첨가제를 추가함으로써 재료의 잠재적인 특성을 필요한 방향으로 집중시킬 수 있습니다. 셋째, 복합재료의 화학적 내식성, 전기적 특성, 열적 특성 모두 우수한 조건을 나타낼 수 있다.

위의 특성으로 인해 복합 재료는 항공 우주, 에너지 산업, 건설 산업, 철도 운송 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 생산되는 제품에는 자동차 부품, 항공기 날개, 레이더, 복합 파이프, 풍력 터빈 등이 있습니다. 블레이드 등

수지 기반 복합 재료 중 중국의 유리 섬유 강화 플라스틱 시장은 상대적으로 성숙되었으며 시장, 생산량 및 응용 분야는 세계 선진 수준에 도달했으며 널리 사용됩니다. 탄소섬유 복합재료는 국가의 전반적인 기술 수준과 산업화 수준을 대표하는 고급 응용 분야로 주로 항공우주 및 기타 분야에서 사용됩니다.

계획에 따르면 2015년까지 수지계 복합재료 생산량은 열경화성 복합재료 300만톤, 열가소성 복합재료 230만톤 등 총 530만톤에 달할 예정이다. 인프라 및 건설 개발, 에너지 및 환경 보호, 운송 및 항공우주 등과 관련된 복합재료 시리즈 제품 및 장비 제조에 관한 분야를 다루고 있으며 특히 신에너지 분야, 해양 석유 개발 분야, 발전 건설 분야, 환경 보호 분야 및 탄소섬유복합재료로 대표되는 첨단복합재료의 기반이 되는 연구와 응용연구개발.