Syntactic foam 복합재료의 물성변화에 따른 균일화에 관한 수치해석적 연구

Abstract

최근 심해저 및 북극과 같은 극한환경에서 자원개발이 확대됨에 따라 고강도, 고부력, 단열 소재 개발에 대한 요구가 크게 증대되고 있다. 고기능 복합재료인 Syntactic foam[1]은 폴리머와 중공입자(금속, 유리, 세라믹 등으로 구성)를 배합하여 만든 소재로 저밀도, 고강도, 내식성, 저열팽창성을 나타내고 있고, 또한 소재의 종류, 크기, 비율 조성 변화를 통해 소재 물성을 변화시킬 수 있어 최근 극한 환경 소재로 부각되고 있다. 사용목적에 맞는 Syntactic foam의 물성을 달성하기 위해서는 주재료인 Microballoon의 종류, 크기, 비율의 최적값 도출 및 균일한 배합이 매우 중요하다. Syntactic foam의 모재인 Epoxy 속 Microballoon의 균일 배합을 위해서는 이를 효율적으로 제어가능 한 교반기 설계기술이 매우 중요하다. Epoxy는 타 수지에 비해 고강도, 내열성이 우수하며 경화제의 점도가 Epoxy보다 매우 낮은 특성이 있다. 따라서 낮은 온도에서 혼합된 모재를 주입, 교반할 수 있어 작업공정을 용이하게 할 수 있다. 점도는 교반에 있어 매우 중요한 인자로 온도에 매우 민감하다. 온도가 올라가면 점도가 내려가 교반성능은 좋아질 수 있으나 온도가 과도하게 올라가면 Epoxy가 경화되어 교반성능을 떨어뜨리거나 교반기를 손상시킬 수 있는 요인이 되기도 한다. 따라서 온도를 적절하게 조절하고 균일도를 높일 수 있는 기술개발이 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 Syntactic foam 소재개발을 위해 Epoxy와 Microballoon의 효과적 분산을 위한 핵심부품인 교반기의 임펠러의 형상과 회전조건 및 Expoxy의 점도에 관한 영향을 분석하고자 한다.