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창의설계축전 공모작

Fully bio-based hierarchical composite foams with high-performance and closed-loop recyclability

  • 참가 부문

    연구발표부문

  • 학과

    재료공학부

  • 팀명

    추상민

  • 신청자 이름

    추상민

Fully bio-based hierarchical composite foams with high-performance and closed-loop recyclability

본 과제는 PLA 매트릭스에 jute fiber(JF)와 microfibrillated cellulose(MFC)를 함께 도입해 계층형 섬유 네트워크를 구축하고, SCPL 공정으로 경량 복합 폼을 제작하여 압축 성능과 흡음 성능을 동시에 높이는 것을 목표로 한다. PLA 용액에는 체분급된 NaCl을 사용해 기공 크기와 연결성을 안정화했으며, 섬유 혼합비를 조절해 하중 전달 경로와 점성 손실 경로를 확장했다. 최적 조성인 J1M2에서는 40% 변형 응력이 기준 PLA 대비 115% 증가하고, 40% 변형까지의 단위 질량당 에너지 흡수율도 106% 향상되었으며, 시편은 자중의 2,778배 하중을 지지했다. 흡음 평가는 ASTM E1050 및 IEC 61260-1을 준용해 수행하여 배치 간 변동을 억제하고 인증 요구에 부합하도록 했고, 500–2000 Hz 구간 평균 흡음계수는 약 38% 향상되었다. 재가공성 검증에서는 동일 조성 시편을 회수해 재용해·재성형했을 때 40% 변형 응력의 97.6%와 흡음 성능의 94.4%를 유지하여 폐루프 재사용 가능성을 입증했다. 특히 압축 단계를 상온에서 수행함으로써 고온 공정에서 흔한 분자량 저하와 결함 생성을 피했고, 동일 공정 경로로 재제조가 가능해 품질 편차 없이 반복 사용을 달성했다. 공정, 물성 동시 설계를 통해 구조적 강인성과 음향 기능을 함께 확보했으며, 저온 기반 SCPL은 기존 설비와 호환돼 생산 규모 확대에도 유리하다. 본 연구는 경량 충격 흡수 부품과 차량 내장 흡음재 등으로의 적용을 넓히고, 단계적 대체를 통해 시장 진입을 가속하며, 환경 부하와 단위 성능당 비용을 동시에 낮출 것으로 기대된다. 또한 시편 회수, 재용해, 재성형, 재검증으로 이어지는 순환 절차를 통해 공정 표준화의 기반을 마련했다.

담당부서학생행정실

전화번호880-2277