바이오 복합재의 열·기계적 성능 탐구

지속 가능한 천연 섬유 강화 고분자 복합재는 친환경적이며 기존 엔지니어링 부품을 대체할 수 있어 주목받고 있습니다. 본 연구는 바나나 줄기 섬유(BSF), 사탕수수 박 섬유(SCF) 및 Turbinella pyrum 껍질(TPS) 분말을 에폭시 복합재에 보강하여 하이브리드 복합재를 제조하고, 그 기계적, 열적, 내습성 및 형태학적 특성을 평가했습니다. 진공 보조 수지 주입 기술을 활용하여 섬유 및 TPS 충전재 함량을 달리한 9가지 복합재 샘플(S1-S9)을 제작했습니다. 특히 TPS 충전재의 첨가는 복합재의 성능 향상에 크게 기여했으며, 최대 3wt%까지 충전재 함량이 증가할수록 성능이 향상됨을 확인했습니다. S6 샘플은 인장 강도(20.0 MPa), 인장 탄성률(2.95 GPa), 굽힘 강도(49.8 MPa), 굽힘 탄성률(4.48 GPa), 충격 강도(8.1 kJ/m2)에서 가장 우수한 성능을 보였으며, 이는 충전재가 없는 S1 대비 최대 523.1% 향상된 결과입니다. 반면 S5는 압축 강도(9.40 MPa), 압축 탄성률(1.34 GPa) 및 최소 수분 흡수율(1.95%)을 나타내 우수한 내수성을 입증했습니다. 다중 반응 최적화를 통해 가장 균형 잡힌 특성을 가진 S6이 최적의 복합재임을 확인했습니다. 열중량 분석 결과 TPS 충전재가 포함된 복합재는 향상된 열적 안정성을 보였습니다. 주사전자현미경(SEM) 분석을 통해 섬유 이탈, 기공 존재, 충전재 분산 및 균열 특성 등 샘플 간의 미세 구조적 차이를 관찰했습니다. EDX 분석을 통해 TPS 충전재의 탄산칼슘(CaCO3) 성분이 복합재의 강성과 열적 특성 향상에 기여함을 확인했습니다.