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섬유강화 복합재료

대한치과의사협회지 2009년 47권 1호 p.17 ~ 24
배지명 ( Bae Ji-Myung ) - 원광대학교 치과대학 치과생체재료학교실

Abstract

복합재료란?
치과용 재료뿐만 아니라 모든 재료는 금속, 세라믹, 고분자 재료로 나뉠 수 있다. 그런데, 현대 과학 기술의 발달로 인해 이런 재료 단독으로는 얻을 수 없는 성질을 가진 재료가 필요하게 되었다. 예를 들면, 비행기, 전투기, 우주선을 포함한 우주항공 분야, 잠수함, 자동차 부품을 비롯한 운송 분야에서는 강하고 강성이 있으면서도 가벼운 재질을 필요로 한다. 그러나 강한 재료는 상대적으로 밀도가 높기 때문에 이것은 모순되는 성질을 요구하는 것이다. 그러므로 이러한 성질은 복합재료를 개발함으로써 얻을 수 있다. 복합재료란 인공적으로 만들어진 여러 개의 상(phase)을 가진 재료로서 각 상은 화학적으로 다르고, 분명한 경계에 의해 구분되어 있어야 하며, 서로 용해되어서는 안된다. 다양한 금속, 세라믹, 고분자 재료를 조합시켜 복합재료를 제작할 수 있다. 대부분의 복합재료는 강성(stiffness), 인성(toughness), 실온과 고온에서의 강도를 증가시키는 방향으로 개발되어 왔다. 이러한 것들은 일상생활에서 볼 수 있는 스키 보드, 테니스 라켓과 같은 레포츠 용품, 항공기, 자동차 부품 등에 사용되고 있다 (그림 1).



복합재료의 구성
복합재료는 두 가지 상으로 구성되어 있다. 하나는 기질(matrix)이고, 다른 하나는 분산상(dispersed phase)인데, 기질이 분산상을 둘러싸고 있다. 치과재료에서 대표적인 예가 복합레진이다. Bis-GMA나 UDMA와 같은 레진 기질이 분산상인 충진재(filler)를 둘러싸고 있는 것이다. 기질은 보통 분산상보다 연성(ductile)이 있고, 분산상은 탄성계수가 기질보다 매우 높아야 한다.
복합재료에서는 복합레진에서와 같이 기질과 분산상의 결합력, 즉 계면강도가 좋아야 한다. 각 상의 성질이 아무리 좋아도 한 상에서 다른 상으로 기계적 응력이나 변형이 이동될 만큼 결합력이 충분히 강하지 않다면 오히려 복합재료의 강도는 더 낮아질 수도 있다. 그러므로 복합재료의 강도를 높이기 위해서는 계면 강도를 높이는 것이 필수적이다. 기질과 분산상의 계면 강도를 높이기 위해서 분산상의 표면 처리가 필요한데, 복합레진에서 세라믹 충진재의 표면을 실란(silane) coupling agent로 처리하여 레진 기질과 화학적 결합을 얻을 수 있도록 하는 것이 그 예이다.


섬유강화 복합재료
복합재료 중 치과용 복합레진의 충진재 같이 분산상이 입자(particle) 형태인 것도 있지만, 섬유 형태인 것도 있다. 섬유강화 복합재료(fiber-reinforced composite; FRC)란 분산상이 섬유(fiber)로 이루어진 것을 말한다.

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