섬유강화 복합재(FRC)는 매트릭스와 보강재라는 둘 이상의 구성 요소로 이루어집니다. 매트릭스는 보통 보강재를 결합하고 환경 손상으로부터 보호하는 폴리머, 금속 또는 세라믹입니다. 보강재는 보통 복합재에 강도와 강성을 주는 섬유 — 탄소, 유리 또는 아라미드 — 입니다.
FRC 제조는 섬유 준비, 매트릭스 준비, 섬유 함침, 복합재 일체화라는 네 가지 주요 단계로 나뉩니다.
섬유 준비
이 단계에서는 복합재에 사용할 섬유의 종류, 형태, 배향을 선택합니다. 섬유 종류는 인장 강도, 탄성 계수, 열팽창 계수 같은 복합재의 기계적, 열적 특성을 좌우합니다. 섬유 형태는 복합재의 원하는 형상과 크기에 따라 연속형 또는 불연속형일 수 있습니다. 섬유 배향은 하중 조건과 설계 요건에 따라 단방향, 이방향 또는 다방향일 수 있습니다.
매트릭스 준비
이 단계에서는 복합재에 사용할 매트릭스의 종류와 형태를 선택합니다. 매트릭스 종류는 내식성, 밀도, 용융점 같은 화학적, 물리적 특성에 영향을 줍니다. 매트릭스 형태는 가공 방법과 경화 조건에 따라 액체 또는 고체일 수 있습니다. 액상 매트릭스는 보통 경화하고 굳히기 위해 열이나 화학 약제가 필요한 열경화성 폴리머이고, 고상 매트릭스는 보통 녹아서 흐르기 위해 열과 압력이 필요한 열가소성 폴리머나 금속입니다.
섬유 함침
이 단계에서는 섬유와 매트릭스를 프리폼 또는 프리프레그로 결합합니다. 프리폼은 최종 복합재의 형상과 치수를 갖췄지만 아직 경화나 일체화되지 않은 반제품입니다. 프리프레그는 부분적으로 경화되거나 안정화되어 나중에 사용할 수 있도록 보관할 수 있는 사전 함침 섬유입니다. 섬유에 매트릭스를 함침하는 방법에는 핸드 레이업, 스프레이 레이업, 필라멘트 와인딩, 인발 성형, 수지 이송 성형, 진공 인퓨전, 오토클레이브 성형, 압축 성형, 사출 성형, 스탬프 성형이 있습니다.
복합재 일체화
이 마지막 단계에서는 프리폼이나 프리프레그에 열과 압력을 가해 섬유와 매트릭스를 경화시키고 접합하여 고체 복합재로 만듭니다. 경화는 매트릭스 분자를 단단한 망상 구조로 가교하는 화학 반응을 수반하고, 접합은 섬유와 매트릭스를 서로 붙이는 물리적 상호작용을 수반합니다. 이 일체화 공정은 공극 함량, 수지 분포, 섬유 체적 분율, 계면 강도, 잔류 응력 등 복합재의 품질과 성능을 결정합니다.