유리섬유란?

 

유리섬유란 어떠한 것인가?
유리섬유에는 장섬유와 단섬유가 있다. 장섬유는 용융된 GLASS를 고속으로 인출하여 WINDING한 실이며, 한국화이바에서 제조하는 유리섬유는 독자기술로 제작된 전기식 직접용융플랜트로 생산되는 장섬유이다.
그라스 얀(GLASS YARN)과 그라스 로빙(GLASS ROVING)
유리 장섬유 제품의 기본적인 것은 GLASS YARN 및 ROVING 이다. 원료를 약1600`C의 고온에서 용융하여 100 ~ 4000본을 호제로 집속한 것은 스트랜드(STRAND)라고 하며, 이것에 꼬임을 가한 것을 얀(YARN)이라고 한다. 꼬임을 가하지 않고 수십본을 합한 것을 ROVING이라고 하며, 호제의 종류에 따라 여러 품종으로 나누어진다.
유리섬유의 주요한 특성
전기적특성:  전기절연성이 우수하다. 기계적특성 :  치수 안정성이 좋다.(신율 3 ~ 4 % , 탄성회복율 100%)              인장강도, 인장탄성률이 매우 좋다. 열적  특성 :  불연성이고 또한 무연, 무가스성이다               내열성, 내화성이 우수하다.              (내열온도 300 ~ 550`C, 연화온도 840`C) 화학적특성 :  생리적으로 안전한 물질이며, 법적사용 규제는 전혀 없으며              석면대체용으로 사용이 가능하다.

 

유리 섬유 자체만으로도 사용할 수 있지만,  복합재료로 재탄생해서 사용할 수 있게됨에 따라 활용도가 아주 높아졌다고 하네요.

 

	(1) 복합재료의 정의
	복합재료란 성분이나 형태가 다른 두 종류 이상의 소재가 조합되어 유효한 기능을 갖는 재료를일컫는다. 복합재료의 구성요소로는 섬유(fiber), 입자(particle), 층(lamina),모재(matrix)등이 있으며, 이러한 요소들로 구성된 복합재료는 일반적으로 층상 복합재료, 입자강화 복합재료, 섬유강화 복합재료 등으로 구분할 수 있다. 하지만 전통적으로 복합재료라 함은 고분자 복합재료를 말하며, 섬유강화 플라스틱, 섬유강화복합재료 등과 동등한 의미로 사용되고 있다. 하지만 한편으로는 복합재료(Composite Materials)은 섬유강화 플라스틱(FRP)보다는 다소 발전된 의미를 지닌 것으로 인식되고 있다. 특히 탄소섬유, 등 고성능 보강섬유를 활용한 복합재료를 "고성능 복합재료(Advanced Composite Materials)로 구분하여 사용하기도 한다.
	(2) 섬유강화플라스틱 및 복합재료의 원재료
	섬유강화플라스틱 및 복합재료의 원재료는 보강섬유와 기지재료로 나뉘어 진다. 복합재료의 보강재는 주로 연속섬유를 사용한다. 역사적으로 유리섬유가 가장 오래된 보강섬유이나, 그 사용빈도 및 중요성은 탄소섬유(graphite fiber 또는 carbon fiber)가 으뜸이라고 할 수 있다. 그밖에 케블라(Kevlar)로 대표되는 아라미드(aramid)섬유가 널리 쓰이며, 이보다 사용빈도가 적은 보론(boron) 섬유와 실리콘 카바이드(silicon carbide) 등의 세라믹(ceramic)섬유 등도 쓰인다. 보강섬유가 하중을 견디는 요소라면, 이들 각각의 섬유를 제자리에 고정시켜 구조적인 모양을 이루기 위해서는 기지재료의 필요성이 절대적이다. 또한, 전단(shear)하중일 때에는 주로 기지재료가 하중을 지탱하므로, 그 기계적 성질이 매우 중요하며, 파괴진행에 결정적인 영향을 미친다. 또, 대부분의 섬유가 외부요소(열, 화학물질 등)에 대해 안정되어 있으므로, 이러한 외부요소에 대한 기지재료의 저항성이 중요한 경우가 많다. 기지재료로는 에폭시 수지가 최신 복합재료에 쓰이고 있으며, 아직 불포화 폴리에스테르 수지(unsaturated polyester resin)도 일반 복합재료의 상당한 부분을 차지하고 있고 고온용으로 페놀(phenol), 폴리이미드(polyimide)수지와 알루미늄 등 금속이 쓰이며, 최근에는 열가소성 수지도 많이 사용되고 있다.
	(3) 응용분야
	재료의 효율적인 조합에 의하여 높은 무게비 강도 및 강성도 뿐만 아니라, 여러 가지 우수한 재료특성을 가질 수 있는 복합재료는 그 특성을 효과적으로 활용함으로써 기존재료를 대체할 뿐만 아니라, 더 나아가서 기술의 혁신에 상승적인 역할을 하고 있다는 점에서 특히 주목할만하다. 복합재료의 사용은 성능과 생산성으로 이어지는 중요한 이점을 가져다준다. 예를 들면, 복합재료는 설계의 유연성으로 복합재료의 물성을 조절할 수 있어서 새로운 설계개념을 실현시킬 수 있는 유일한 재료가 되기도 한다. 따라서 현재까지 개발된 플라스틱 수지 복합재료, 금속 복합재료, 세라믹 복합재료, 탄소/탄소 복합재료 등이 항공우주, 자동차, 스포츠, 산업기계, 의료기기, 군수용품, 건축 및 토목자재에 이르기까지 다양하게 응용되고 있다.
	(4) 복합재료를 이용한 제품의 제조방법
	복합재료를 성형하는 방법은 여러 가지가 있는데, 고분자 물질을 기지로 하는 복합재료의 성형방법으로는, 오토클레이브(Autoclave) 성형법, 진공백 성형법(Vacuum Bag Molding), 압축성형법(Compression Molding), 필라멘트 와인딩(Filament Winding), SMC 성형법(Sheet Molding Compound) 또는 BMC 성형법(Bulk Molding Compound), RTM 성형법(Resin Transfer Molding), 인발 성형법(Pultrusion), 열프레스 성형법 등이 있고, 금속 복합재료의 성형방법으로는 진공흡입 주조법(Vacuum infiltration casting), 액상 융착법(liquid metal pressing) 등이 있다
	(5) 복합재료의 시험방법
	구조물의 안전도 및 내구성 향상을 위한 최적설계를 위하여 재료의 물리적, 기계적, 화학적 특성을 정확히 구하는 것이 매우 중요하다. 특히, 복합재료와 같이 방향성이 있는 재료의 경우에는 등방성 재료와는 달리, 각 방향에 대한 재료의 특성 값이 다르기 때문에 시험의 종류가 많고 정확한 특성 값을 구하기 위한 시편의 형태 및 지그(jig)의 설계가 필요하며 합리적인 시험자료의 분석이 더욱 요구된다. 복합재료의 시험방법에 있어서 인장 및 굴곡시험과 같은 비교적 간단한 시험일 경우 ASTM, ISO 등에 규정되어 있으며, 이 방법들이 널리 사용되고 있다. 또한, 전단 및 압축시험과 같이 비교적 어려운 시험일 경우, 여러 가지 형태의 시편과 지그가 설계되어 정확한 특성 값을 구하기 위한 시험법이 개발되어 왔으며, 그 중 일부는 규격화되어 있다.
	(6) 복합재료의 현황
	국내에서는 1970년대 초반에 유리섬유의 개발을 기점으로 범용 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 산업이 시작되었고, 일부 방위산업 제품과 스포츠 레저 용품에 복합재료가 활용되어, 1987년에는 탄소섬유의 소비량이 약 200톤에 달하였다. 아라미드 섬유인 케블라의 개발, 탄소섬유의 국내생산에 이어 1988년에는 복합재료학회가 창립되어 산학연의 유기적인 개발능력을 집결하려고 노력하고 있다. 국내에서의 체계적인 FRP 사업의 발전은 군사적인 필요성에 의하여 시작되었으며, 군사적으로 응용되는 FRP는 유리섬유강화 페놀수지 복합재료로부터 시작하여 탄소섬유강화 탄소복합재료 개발에 이르도록 크게 발전해 왔다. 중간재료(green body)의 경우 선진국에서 인증을 받아 주요 FRP 부품을 제조하며, FRP 항공기의 경우도 설계와 제작까지 도달하였다. 하지만 외형적으로 발전된 것에 비하여 주요 핵심기술로서 기초재료의 원천개발 기술, 구조 해석기술, 부품 설계 기술, 핵심공정의 개발기술, 복합재료 고온정밀시험의 평가기술 등은 발전을 위한 초기 및 중간 단계에 머무르고 있다고 판단된다. 근대적인 개념의 복합재료는 1940년대에 개발된 유리섬유 복합재료를 그 시발점으로 보는 것이 타당하다고 하겠다. 1960년의 보론섬유 개발을 시작으로 PAN계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유, 아라미드(aramid), 알루미나, 실리콘카바이드 등 각종 고강도 섬유가 미국과 일본에서 차례로 개발되었다. 특히, 일본은 섬유개발에 있어서 괄목할만한 연구성과를 이루었다. 1970년대에는 각종 제조기법의 개발과 함께 낚시대, 골프채 등 스포츠 용품과 전투기의 2차 구조재로서 복합재료가 활용되기 시작했다. 금속복합재료, 세라믹복합재료, 탄소/탄소 복합재료들도 이 무렵에 소개되었다.