고함량 적니-에폭시 복합재의 혼합 방식별 기계적 특성 비교

적니(Red mud, RM)는 높은 알칼리성으로 인해 직접 활용이 어렵고 매립이 주된 처리 방식이어서 심각한 환경 문제를 야기한다. 본 연구는 에폭시 수지 매트릭스에 고농도(40 wt.%)의 적니를 포함하는 복합재를 세 가지 제조 기법으로 제작하고, 이들의 정적 및 동적 기계적 특성을 비교 분석했다. 복합재는 오버헤드 믹서(OM) 및 수동 혼합(HM) 후 탈기하는 방식과 진동 보조 진공 혼합(VM) 방식을 사용하여 제작되었다. 특히 VM 방식으로 제작된 시편은 구조적 특성과 기계적 성능이 크게 향상되었다. 인장 강도는 17.3 MPa, 압축 강도는 92.5 MPa로, OM 또는 HM 방식으로 제작된 시편보다 약 두 배 높은 수치를 보였다. 기공 측정 및 미세 구조 분석 결과, VM 복합재는 가장 낮은 기공 부피와 가장 균일한 충전재 분포를 나타냈다. 기공 함량과 응집체 존재는 균열 전파에 영향을 미쳐 기계적 특성을 저하시키는 주요 요인으로 확인되었다. 동적 기계 분석(DMA) 결과에서도 VM 복합재는 OM 혼합 시편 대비 높은 저장 탄성률(3.41 GPa vs 1.26 GPa)과 손실 탄성률(319 MPa vs 120 MPa)을 보였다. 수분 노화 시험 결과, VM 복합재는 4주간 수침 후에도 가장 높은 탄성률을 유지하여, 향상된 충격 저항이 요구되는 재료로서의 우수성을 입증했다. 이는 적니 활용 복합재의 성능을 극대화하고 환경 문제 해결에 기여할 수 있는 중요한 발견이다.