3D 프린팅용 연속 탄소섬유강화 PET/CNT 필라멘트의 기계적 특성 분석 연구

초록

융합수지 압출 적층 조형 (fused filament fabrication, FFF)은 열가소성 플라스틱을 소재로 하는 필라멘트를 용융시켜 한층씩 프린팅 하는 적층식 제조의 한 방법이다. 대부분 3D 프린팅용 필라멘트는 프린팅 시 층간 밀착성과 프린팅 후 수축율 측면에서 이점을 가진 PLA 나 ABS 등의 플라스틱을 사용한다. 하지만 낮은 기계적 물성 때 문에 3 차원 인쇄용 필라멘트를 개선하기 위해 고강도, 고강성의 엔지니어링 플라스틱 필라멘트를 3D 프린팅에 이용하거나 연속 탄소섬유 (continuous carbon fiber, CCF)강화 필라멘트가 연구되고 있다. 본 연구에서는 탄소나노튜브(CNT) wt%에 따른 CCF 필라멘트의 기계적 물성을 조사하였다. 동축 노즐 설계를 통해 CCF 필라멘트를 제작하였다. 보강재로 레이온계 탄소섬유, 기지재로 PET 를 사용하였다. ASTM D 4018 에 정의된 방법에 따라 제작된 필라멘트를 이용하여 인장시편을 3D 프린팅 하였고, 2 mm/min 속도로 인장시험을 수행하였다. CNT 함량에 따른 인장강도와 탄성계수를 측정하였으며, 열 특성 분석을 위해 제작된 필라멘트에 대해 DSC 분석을 진행하였다. 그 결과, PET/CNT 5wt% 필라멘트의 기계적 물성이 PET 필라멘트보다 향상되었고, 탄성계수의 향상이 더욱 뚜렷하게 나타났다. 기계적 물성이 향상된 PET 필라멘트는 건축재료의 보강재, 자동차 차체의 재료로 사용되어 기계적 물성을 향상시킬 것으로 예상된다.