항공기기체 3장
모재
모재는 접착제로 섬유를 완전히 둘러싸서 Fiber에 강도를 줄 뿐만 아니라 Fiber에 응력을 전달한다 / 첨단 복합소재는 다양한 제조기술, 새로운 보강용 직물과 모재 형태를 사용하여 만든 복합소재 . 복합소재의 강도는 모재가 강화섬유에 응력을 전달하는 능력에 있다.
에폭시 수지계,수지와 촉매제의 혼합
카트리지 형태의 모재, 프리프레그, 금속 모재
습식 적층 방식
모재와 강화 섬유를 혼합하여 젖은 상태에서 표면을 둘러싸는 방식이다. 압축 주형방식, 진공 백 방식, 필라멘트 권선방식보다 정밀도는 떨어지지만 복합 구조재의 수리에 주로 사용된다.
유리섬유 및 장점
무기질 유리를 고온에서 용융,방사하여 제조하며 전기 절연성, 내수성, 내산성 등 화학적 내구성이 좋으며, 열 팽창률도 적다.값이 저렴하여 강화 섬유로서 가장 많이 사용됨.
경화 방식
복합 소재의 모재는 화학적 반응에 의해 경화된다. 모재는 실온에서도 경화되지만 외부의 열을 가함으로써 경화를 가속시킬 수가 있다. 최대의 강도를 얻기위해서는 경화 방식이 매우 중요하다. 진공 백 작업을 제외하고는 경화시키는데 습도가 가장 큰 영향을 미/침
개요
복합소재composite material 란 두 종류 이상의 물질을 인위적으로 결합하여 각각의 물질 자체보다 뛰어난 성질이나 아주 새로운 성질을 갖도록 만들어진 재료이다. 복합재료는 하중을 담당하는 고체형태인 강화재와 이들을 결합시키는 액체나 분말 형태인 모재로 구성 된다.
가압의 목적
적층 판을 서로 밀착시킨다. 적층 판 사이의 공기를 제거한다 수리 부분의 윤곽이 원래 부분의 형태가 되도록 유지시킨다.
압축 적층방식
주형을 이용하는 제작하는 공정이다. 강화섬유를 수지 속에 침지시키는 방법과 프리프레그 재료가 사용되기도 한다. 주형을 정해진 시간, 정해진 온도로 가열하여 경화시킨다.
보론 섬유 단점
취급이 어렵고 가격이 비싸다는 단점이 있다
탄소,흑연 섬유 단점
취성이크고, 가격이 비싸며 알루미늄과 직접 접촉할 경우에 부식의 문제점이 있기 때문에 특별한 부식 방지 처리가 필요하다.
숏백
클램프로 고정할 수 없는 대형 형태의 표면을 가압하는 용도로 사용하는데 매우 효과적이다. 숏백이 수리 부분에 부착되지 않도록 숏 백과 수리 부분이 분리 될 수 있도록 이형 필름을 사용한다. 숏백은 중력 때문에 모든 부품의 아래면에는 사용될 수 없는 단점이 있다.
c/c(카본/카본)복합재
탄소 섬유를 수지로 형성한 뒤, 불활성 가스중에서 열처리를 함으로서 수지를 탄화시키거나 또는 탄소섬유로 열분해한 탄소를 증착시키는 제작
복합재료의 장점
1.무게 당 강도 비율이 높다. 2.복잡한 형태나 공기역학적인 곡선형태의 제작이 가능하다. 3.일부의 부품과 Fastener 를 사용하지 않아도 되어 제작이 단순해지고, 비용이 절감 된다. 4.유연성이 크고 진동에 강해서 피로응력의 문제를 제거한다. 5.부식이 되지 않고 마모가 줄어든다.
섬유 보강 세라믹
1000도 이상 높은 온도에서도 변하지 않는 내열성이 있어서 모재로는 산화물 계열인 알루이나, 지르코니아나 비산화물 계열인 탄화규소, 질화규소 등이 사용된다. 비산화물 계열은 산화물 계열에 비해서 열전도율이 높고 , 열팽창률이 작아서 열충격에 대한 성능이 우수하다.
섬유보강금속
가벼우면서도 인장강도가 큰 것을 요구할 때에는 알루미늄, 티탄, 마그네슘과 같은 저밀도의 금속을 사용하고, 내열성을 고려할 때에는 철이나 구리계의 금속을 사용한다. 알루미늄 합금은 항공기 구조에 많이 사용되고 있지만, 금속 모재로도 많이 사용된다. 마그네슘은 용해될 때 타기 쉽고 부식에 약하지만, 가벼워서 일부 용도로 사용한다. 티탄은 비강도, 고온강도, 내식성이 우수한 모재로 사용한다.
아라미드 섬유 및 장점
가볍고 인장강도가 크며, 유연성이 크다는 장점을 가지고있다. 아라미드 복합재료는 알루미늄보다 인장 강도가 4배 이상 높으며, 밀도는 1/2 정도밖에 되지 않기 때문에, 높은 응력과 진동을 받는 항공기 부품 제작에 이상적이다. 노란색 천으로 식별할 수 있다.
가열 강화
가장 광범위하게 사용되며, 복합 구조재를 경화시킬 때 사용된다. 경화시 높은온도를 요구하는 수지는 완전한 강도를 가지게 되고, 취성이 감소된다.
보론 섬유 및 장점
가장 오래전부터 실용화를 시도한 복합재료. 약0.0005인치의 지름으로 뛰어난 압축 강도, 경도를 가지고 있다. 열팽창률이 크고 금속과의 접착성이 좋다
진공백
가장 효과적인 가압 방식이다. 대기압을 표면에 고르게 작용시킬수 있으며 습도가 높은 장소에서는 공기를 제거하고, 습도를 낮출 수 있으므로 수지를 경화시키는데 매우 효과적이다.
필라멘트 권선 방식(적층)
강한 구조재를 제작하는 데에 사용되는 방식으로 심축 주위에 필라멘트인 강화섬유를 연속적으로 감는 방식이다. pdf
불포화 폴리에스테르 수지 단점
기계적 강도가 떨어지고, 성형 후 수축률이 크다는 단점을 가지고 있다.
세라믹 섬유 및 장점
내열성 내식성 내마모성이 뛰어나고, 특히 높은 온도의 적용이 요구되는 곳에 사용된다. 온도가 1200도에 도달할 때까지도 대부분의 강도와 유연성을 유지한다. 우주 왕복선의 꼬리 부분도 특수한 세라믹 복합 소재로 만들어져 열 저항이 높고, 열의 분산이 빠르다. 항공기의 방화벽은 열의 분산을 빠르게 하기 위해서 세라믹 섬유의 복합 소재가 사용되기도 하고, 금속 모재로도 사용됨.
유리섬유 단점
다른 강화 섬유보다 기계적 강도가 낮아, 일반적으로 레이돔이나 객실 내부 구조물 등과 같은 2차 구조물에 사용된다.
아라미드 섬유 단점
단점은 온도 변화에 대한 신축성이 크고, 수분 흡수성이 있어서 사용중에 문제를 일으킬 수 있다.
복합소재
복합소재란 두 가지 이상의 재료가 각각의 재료의 특성을 살려서 상호 결점을 보완할 수 있게 인위적으로 만든 재료로서 이러한 복합재료를 겹쳐서 만든 적층 구조와 복합재료의 얇은 두 외피 사이에 벌집 형태 등의 코어를 넣어 결합시킨 샌드위치 구조재(construction)가 항공기에 많이 사용되고 있다.
천의 방향
복합소재에 사용되는 천은 일정한 방향이 있으며, 천을 사용할 때는 강도와 강성에 따라 재질 뿐만 아니라, 방향에 따라 다르기 때문에 주의해야 한다. 천의 방향은 날실 방향과 교차하는 수직 방향을 말하며 위사라고도 한다. 날실 방향이 씨실 방향보다 실이 많다. 씨실보다 날실방향이 강도가 더 강하다.
실온 경화
복합소재의 수지 종류에 따라 약 65~80도F 에서 8~24시간 정도 걸린다. 실온에서 경화시킨 소재는 100도F 이상의 고온에는 노출되지 안항야 한다. 하중이 적게 걸리는 비구조재 부품 제작에 사용된다.
불포화 폴리에스테르 수지 및 장점
복합재료의 모재용수지 가운데 성형성이 우수하고 전파 투과성이 좋아서 유리 섬유와 함께 레이돔 등의 재료로 사용된다.
강화재
섬유형 강화재를 사용함.종류는 유리섬유,탄소,흑연 섬유,아라미드 섬유,보론 섬유, 세라믹 섬유
가압 방식
숏백, 클레코, 스프링 클램프, 진공백을 이용한다.
크레코
수리부분의 뒷부분을 지탱해 주는 카울판에 주로 사용되지만, 구멍을 뚫고 사용해야 하기 때문에 그다지 바람직하지 않은 가압 방식이다.
모재계
열가소성,열경화성 pdf
적층방식
유리섬유 적층방식 압축 주형방식 필라멘트 권선방식 습식 적층방식
탄소,흑연 섬유 및 장점
탄소섬유는 피치,레이온 또는 폴리아크릴로 니트릴과 같은 유기 섬유를 탄화시켜 제조한다. 열처리하여 흑연화 시킨 것을 그래파이트 섬유라고도 한다. 이 섬유는 열팽창 계수가 작기 때문에, 사용 온도의 변동이 크더라도 치수 안전성이 우수하다. 강도와 강성이 높아 날개와 동체 등과 같은 1차 구조부의 제작에 쓰인다.
유리 섬유 보강 플라스틱
폴리에스테르 수지를 예로 들 수 있다. 항공기 1차 구조재에 필요한 충분한 강도를 가지지 못하고 취성이 강하기 때문에 유리섬유와 함께 2차 구조재의 제작에 많이 사용된다. 근래에는 높은 온도에서도 경도를 유지하는 에폭시 수지가 항공기용으로 새롭게 개발되어 모재로서 광범위하게 사용되고 있다. 유리섬유 보강 플라스틱의 모재는 강화 섬유에 침투하는 수지와, 이를 경화시키는 촉매제 또는 경화제로 구성된다.
스프링 클램프
표면에 균일한 압력을 가하기 위하여 카울판을 사용한다. 클램프로 c-clamp를 사용해서는 안 된다.
테이프
한 방향 형태의 섬유이며, 주로 탄소와 흑연 섬유 재료에 사용되는 방식이다. 가격이 저렴하고 표면이 매끄럽지만, 한 방향 형태의 천이므로 수지를 수공으로 스며들게 하기가 쉽지 않아, 주로 수지 재료로 사용된다.
직포
한 방향 형태의 천보다 섬유의 절단, 적층 분리 및 손상에 대한 저항성이 크다.
