항공우주 등급의 복합재 구조물 제조에서는 라미네이트 경화에 필요한 대류 가열과 라미네이트 내 기공(void)을 제거하기 위한 압력을 제공하기 위해 흔히 오토클레이브(autoclave)를 사용한다. 그러나 오토클레이브는 복합재 부품에 대해 기하학적 제약을 가할 뿐 아니라 높은 자본 비용과 에너지 비용을 초래할 수 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 기공 제거를 위해 다양한 나노다공성 네트워크 소재(NPNs)가 유도하는 높은 모세관 압력(capillary pressure)을 활용하는 새로운 제조 방법이 개발되었다. 수직 정렬 탄소나노튜브(vertically aligned carbon nanotubes, VA-CNTs), 전기방사(electro-spun) 폴리머 나노섬유(electro-spun polymer nanofibers, EPNs), 폴리머 에어로겔(polymer aerogels, PAGs) 등을 포함하는 나노다공성 네트워크 소재를 적층 간(ply-ply) 계면에 배치함으로써, 기공이 없는 오토클레이브 등급 항공우주용 탄소섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic, CFRP) 라미네이트의 제조가 시연되었다. 본 연구에서는 NPN 소재가 가능하게 하는 기공 제거 거동을 규명하고, 다공성(porosity), 투과도(permeability), 그리고 달성 가능한 모세관 압력 범위(achievable capillary pressure range) 등 NPN 소재의 특성과 기공 제거 능력 간의 상관관계를 정립하고자 한다. 선정된 NPN에 대해 가스-액체 모세관 다공도 측정(gas-liquid porometry)을 사용하여 이러한 특성에 대한 실험적 조사를 수행하였다. 실험적으로 측정된 NPN 특성에 기반한 이론 모델을 개발하여, 적층 사이(interlaminar) 영역에서 NPN 내부로의 에폭시 수지 주입(infusion) 거동을 예측하였다. 또한 X선 마이크로 전산화 단층촬영(X-ray micro-computed tomography, X-ray micro-computed tomography)을 이용해 제조 공정 중 수지 주입 및 기공 생성/진화 거동을 실시간(in-situ)으로 관찰할 수 있도록 실험 장치를 설계하였다. 이러한 모델링과 실시간 관찰은 재료 선택에 대한 더 많은 통찰을 제공하고, 오토클레이브를 사용하지 않는(out-of-autoclave, OoA) 항공우주 등급 복합재 부품 제조를 가능하게 할 수 있는 NPN 소재의 선택지를 확장하는 데 기여할 것으로 기대된다.

본 연구는 다중 나노 라이너를 통해 가스 투과도를 감소시키기 위해 복합재에 전기방사된 나노섬유 아키텍처를 내재화하는 방안을 조사함으로써, 장벽 성능을 향상시키고자 한다.