자기유변유체를 함침한 아라미드 복합재료의 저속 충격 특성 평가

Abstract

자기유변유체 (Magnetorheological Fluid, MRF)를 함유한 아라미드 직물을 고인성의 폴리우레탄 필름으로 코팅하여 우수한 내 충격성을 가지는 지능형 에너지 흡수 소재를 제조하고 그 특성을 평가하였다. 연구에 사용한 자기유변유체는 미네랄 오일에 산화철 입자가 고르게 분산된 물질로서 외부 자기장 인가 시 순간적으로 전단응력과 점도가 증가하는 거동을 보인다. 자기유변유체를 아라미드 직물에 함침하여 구성사의 pull-out 시험을 수행한 결과 외부 자기장이 없더라도 이 물질이 직물내부의 공극을 점유하는 동시에 구성사 간의 마찰력으로 의해 pull-out 저항성이 증가하였으며, 외부 자기장 인가 시에는 pull-out 저항성이 더욱 증가함을 확인하였다. 자기유변유체가 함침된 아라미드 직물을 폴리우레탄 필름으로 코팅할 경우에는 아라미드 직물과 폴리우레탄 필름 사이의 접착에 의해서 pull-out 저항성이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 자기유변유체가 함침 된 경우에는 오일이 윤활유 역할을 하여 pull-out 저항성이 폴리우레탄 필름만 코팅한 직물보다 작게 나오는 것을 확인하였다. 굽힘 강성 특성을 살펴본 결과 자기유변유체가 포함되지 않은 샘플의 경우에는 항상 일정한 굽힘 강성을 보이나, 자기유변유체를 포함한 복합재료의 경우에는 외부 인가 자기장의 세기에 비례하여 강성이 증가함을 확인 할 수 있었다. 저속 충격 시험을 통하여 각 샘플의 충격흡수 에너지를 비교한 결과 동일한 면밀도 하에서 자기유변유체 또는 폴리우레탄 필름을 도입한 샘플이 보다 큰 에너지를 흡수하였으며 PU-MRF/aramid 시편의 경우 자기장 인가 시 neat aramid 보다 3배 많은 에너지를 흡수함을 확인할 수 있었다. 이는 neat aramid 같은 경우에는 primary yarn의 파단이 에너지 흡수의 주요 메커니즘이나 자기유변유체 함침 및 폴리우레탄 필름 적층 시에는 직물 내에 존재하는 자장에 따른 강성 증가와 자성입자의 마찰력, PU film와 직물간의 delamination, debonding, matrix cracking 과 같은 효과가 복합적으로 작용하기 때문이다.