새로운 고강도 플라스틱, 무한한 재활용 가능 New high-strength plastic promises endless recycling without losing quality

New high-strength plastic promises endless recycling without losing quality

Heat-resistant and recyclable, the new plastic could transform aerospace, medical, and electronics manufacturing with longer lifespans and lower waste.

 

Modern engineering demands materials that do more than just hold their shape. They must be lightweight yet stronger than steel, capable of withstanding extreme heat, and resilient enough to recover from damage without losing performance.

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새로운 고강도 플라스틱은 품질 저하 없이 무한한 재활용을 약속합니다.

 

내열성과 재활용성이 뛰어난 새로운 플라스틱은 수명을 늘리고 폐기물을 줄여 항공우주, 의료, 전자 제품 제조에 혁신을 가져올 수 있습니다.

 

현대 공학은 단순히 형태를 유지하는 것 이상의 기능을 하는 소재를 요구합니다. 가볍지만 강철보다 강하고, 극한의 열을 견딜 수 있어야 하며, 성능 저하 없이 손상에서 회복할 수 있는 복원력을 갖춰야 합니다.

 

항공우주, 방위, 자동차와 같은 산업에서 이러한 소재는 더 안전한 차량, 더 긴 서비스 수명, 그리고 더 적은 환경 폐기물을 의미할 수 있습니다.

텍사스 A&M 대학의 연구자들은 이제 그 목표에 한 걸음 더 다가갔습니다.

 

그들은 반복 사용에도 자체적으로 회복되고, 원래 모양으로 회복되며, 강도를 유지할 수 있는 매우 내구성이 뛰어나고 재활용이 가능한 플라스틱인 방향족 열경화성 공중합 에스테르(ATSP)에서 새로운 역량을 발견했습니다.

 

이번 발견은 고성능 제조 분야의 신뢰성과 지속 가능성에 대한 새로운 기준을 제시할 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

미국 국방부의 지원을 받은 이 프로젝트는 텍사스 A&M 대학교와 털사 대학의 항공우주공학 및 재료과학 전문가들을 한자리에 모았습니다.

 

까다로운 조건을 위해 제작됨

항공우주공학 교수인 모하마드 나라기 박사는 털사 대학의 안드레아스 폴리카르포우 박사와 함께 연구를 주도했습니다.

 

그들은 극심한 스트레스, 열, 반복적인 손상 하에서 ATSP의 성능을 연구했습니다.

나라기는 항공우주 재료는 안전성을 해치지 않으면서 높은 온도와 충격을 견뎌야 한다고 지적했습니다.

 

ATSP 내의 채권 교환을 통해 손상 시 "필요에 따라 자체 복구"가 가능합니다.

 

이 소재는 자동차에도 유망한 소재입니다. 충돌 후 원래 모양으로 돌아오는 특성 덕분에 탑승자의 안전을 향상시키고 부품 교체 필요성을 줄일 수 있습니다.

 

기존 플라스틱과 달리 ATSP는 반복적으로 재활용이 가능하므로 성능을 저하시키지 않고 폐기물을 줄이려는 산업에 매력적입니다.

 

탄소 섬유 스마트 플라스틱인 ATSP를 선보이는 모하마드 나라기 박사. 사진 제공 : 모하마드 나라기 박사/텍사스 A&M 대학교 공과 대학

나라기는 강화된 ATSP는 화학적 성질이나 내구성을 잃지 않고 여러 번 분쇄, 재성형, 재사용이 가능하다고 설명했습니다.

ATSP는 탄소 섬유와 결합하면 알루미늄보다 가벼우면서도 강철보다 몇 배나 더 강해집니다.

강도와 가벼움이 결합된 이 소재는 1kg이라도 중요한 고성능 애플리케이션에 적합한 소재입니다.

 

내구성 및 회복 테스트

연구팀은 순환 크리프 테스트를 사용해 ATSP가 반복적인 스트레칭 중에 변형 에너지를 어떻게 저장하고 방출하는지 살펴보았습니다.

 

그들은 두 가지 주요 온도 지점을 찾아냈습니다. 유리 전이 온도( 폴리머 사슬이 더 자유롭게 움직이는 온도)와 유리화 온도(결합이 재형성 및 치유를 가능하게 할 만큼 활성화되는 온도)입니다.

 

심사이클 굽힘 피로 시험에서 시편을 160°C까지 가열하여 수리를 유도했습니다. ATSP는 수백 번의 응력-가열 사이클을 견뎌냈으며, 치유 후 내구성도 향상되었습니다.

 

나라기는 이 과정을 피부가 늘어나고, 치유되고, 원래 모양으로 돌아올 수 있는 것에 비유했습니다.

 

더 엄격한 시험에서, 해당 소재는 280°C에서 다섯 번의 심각한 손상-가열 사이클을 거쳤습니다. 두 번의 사이클 후, 거의 완전한 강도를 회복했습니다.

 

5번째 단계에서는 기계적 피로로 인해 효율이 약 80%로 떨어졌지만, 화학적 안정성은 그대로 유지되었습니다. 영상 분석 결과, 치유된 복합재는 제조 결함으로 인한 경미한 마모만 있을 뿐 원래 구조와 거의 일치하는 것으로 나타났습니다.

 

이 연구는 공군 과학 연구국(AFOSR)의 자금 지원을 받아 ATSP Innovations에서 수행되었습니다.

 

나라기는 이러한 파트너십 덕분에 프로젝트를 이끌고 연구에 대한 호기심을 실용적인 응용 분야로 전환할 수 있었다고 말했습니다.

 

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