sr-PET 복합재료의 공정 조건 최적화 및 내충격 특성 분석
Optimizing Processing Conditions and Characterizing Impact Resistance in sr-PET Composites
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초록
Self-Reinforced Polyethylene Terephthalate (sr-PET) 복합재료는 경량성과 재활용 가능성을 갖춘 혁신적인 복합소재로, 자동차 및 항공 산업에서 지속 가능한 고내충격 성능 소재로 주목받고 있으며, 본 연구에서는 sr-PET 복합재료의 공정 조건 최적화를 위한 공정 요인 및 내충격 특성을 평가하였다. sr-PET를 구성하는 Matrix-PET의 종류에 따른 인장 및 굽힘 강도를 평가하였으며, 그중 우수한 성능을 나타내는 sr-PET의 중량 낙하 시험을 통해 내충격 특성을 분석하고, 또한, 시차주사열량계를 이용하여 Reinforce-PET와 Matrix-PET의 냉각 조건에 따른 공정 요인을 평가하였다. 결과적으로, sr-PET(A)는 높은 인장 강도(165 MPa)와 굽힘 강도(102 MPa)를 나타내어 sr-PET(B) 및 Virgin-PET 대비 우수한 기계적 성능을 보였고, 냉각 속도가 느릴수록 결정화도가 증가(18.8%)하였으며, 이는 성형 공정에서 중요한 고려 요소로 확인였다. 충격 조건에서는 10J~20J에서 탄성 변형에 의한 충격저항을 하며, 30J 이상에서는 층간 박리와 섬유 파손이 발생하며 소성 변형에 의한 에너지 흡수가 주요 메커니즘으로 작용하였다. 본연구를 통해 sr-PET를 구성을 이루는 Martix-PET의 영향과, 냉각조건 그리고 sr-PET의 내충격 특성의 우수성을 입증하였으며, 이는 환경 친화적 소재로서 sr-PET의 활용 가능성을 증대시키는 데 기여할 것으로 기대된다.
Abstract
Self-Reinforced Polyethylene Terephthalate (sr-PET) composites are innovative materials that combine lightweight properties and recyclability, making them highly regarded as sustainable, high-impact performance materials in the automotive and aerospace industries. This study evaluated the process factors and impact resistance of sr-PET composites to optimize processing conditions. The tensile and flexural strengths of sr-PET composites were assessed based on the type of Matrix-PET, and the impact resistance of the superior sr-PET was analyzed through drop-weight impact tests. Additionally, the process factors of Reinforce-PET and Matrix-PET under different cooling conditions were evaluated using a Differential Scanning Calorimeter. As a result, sr-PET(A) exhibited higher tensile strength (165 MPa) and flexural strength (102 MPa) compared to sr-PET(B) and Virgin-PET, demonstrating superior mechanical performance. Slower cooling rates increased the degree of crystallization (18.8%), which was identified as a critical factor in the molding process. Under impact conditions, elastic deformation dominated at 10J–20J, whereas interlaminar delamination and fiber breakage occurred above 30J, with plastic deformation becoming the main energy absorption mechanism. Through this study, the influence of Matrix-PET, cooling conditions, and the superior impact resistance of sr-PET composites were validated, contributing to the potential of sr-PET as an environmentally friendly material for diverse applications.