VARTM 공정으로 제작된 섬유 금속 라미네이트

버지니아 주 햄프턴의 랭글리 연구 센터

FML(Fiber Metal Laminate)은 금속, 섬유 및 매트릭스 수지를 활용하는 다중 구성 요소 재료입니다. 이러한 구성 요소 중 하나 이상을 변경하면 해당 속성을 쉽게 조정할 수 있습니다. 진공 보조 수지 이송 성형(VARTM)을 사용하여 FML을 제조하는 두 가지 새로운 공정이 개발되었습니다.

일반적인 FML은 금속 포일과 섬유/매트릭스 수지 프리프레그를 교대로 쌓은 다음 프레스나 오토클레이브에서 통합하여 준비됩니다. 알루미늄 시트와 아라미드 섬유/에폭시 프리프레그로 구성된 FML은 1980년대에 처음 개발된 후 1991년에 아라미드 섬유 대신 유리 섬유를 사용한 FML이 도입되었습니다.

현재 상업적으로 이용 가능한 FML은 생산 비용이 많이 들고, 필요한 프리프레그와 통합 시 오토클레이브 또는 프레스 사용으로 인해 부품 크기가 제한됩니다. 그러나 고품질 재료를 생산하기 위해 진공 압력만으로 액체 수지를 건조 직물 층에 주입하는 것이 복합재를 제조하는 데 있어 보다 비용 효율적인 공정임이 입증되었습니다. VARTM은 흐름 분배 매체를 활용하여 수지가 부품 길이 전체에 걸쳐 표면에서 빠르게 진행된 다음 부품을 통해 두께 전체에 더 천천히 주입되도록 하여 주입 시간을 줄입니다.

금속층의 작은 흐름 경로를 활용하여 두께 전체에 수지 주입을 허용하는 FML용 VARTM 공정이 개발되었습니다. 이 공정으로 생산된 재료를 VARTMFML이라고 합니다. FML을 위해 개발된 두 번째 VARTM 공정은 다공성 금속 코팅 직물을 활용하여 두께 전체에 주입이 가능합니다. 이러한 라미네이트를 VARTMPCL이라고 합니다. 각 공정마다 특정 용도에 맞게 재료를 맞춤화하기 위해 금속, 섬유 및 수지의 다양한 조합을 선택할 수 있습니다.

VARTMFML 가공에는 수지 흐름 경로와 강화 직물을 포함하는 금속 호일의 교대 적층이 포함됩니다. 그런 다음 금속 호일/직물 프리폼에 VARTM 공정을 통해 수지를 주입합니다. VARTMFML은 금속 호일, 섬유, 수지, 경로의 크기 및 분포를 적절하게 선택하여 최적화할 수 있는 우수한 기계적 특성을 제공합니다.

VARTMPCL을 가공하려면 먼저 금속 코팅 직물을 생산해야 합니다. 직물은 유도 결합 플라즈마 증착 공정을 사용하여 금속층으로 코팅됩니다. 생성된 금속층은 다공성이므로 적층된 금속 코팅 직물층을 주입하여 새로운 FML을 생성할 수 있습니다. 금속 분말은 저압에서 불활성 아르곤/헬륨 플라즈마에 축 방향으로 주입됩니다. 입자가 플라즈마를 통과하면서 부분적으로 용융된 물방울이 됩니다. 이러한 금속 방울은 낮은 속도로 받은 직물에 충돌하여 빠르게 냉각되어 금속과 직물 결합을 형성합니다. VARTMPCL의 장점은 모 폴리머 매트릭스 복합재에 비해 전기 전도성(예: 낙뢰 보호) 또는 열 전도성(예: 제빙을 위한 가열)을 포함한 기능적 특성이 향상될 가능성이 높습니다.

이 작업은 Langley Research Center의 BJ Jensen, RJ Cano, SJ Hales, BW Grimsley 및 ES Weiser가 수행했습니다. Lockheed Martin Engineering and Sciences의 JA Alexa도 있습니다. LAR-17165-1/485-1/-2

이 기사는 NASA Tech Briefs Magazine 2015년 8월호에 처음 게재되었습니다.

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