다차원 충전재-네트워크 발포

0D biochar-filler가 1D jute-fiber에 그라프트되어 polyurethane-composite-foam-PUCF 내에 복잡한 기공음향 네트워크를 형성하는 "수소결합 재배열" 메커니즘, 출처: Gong et al., Composites Part A: Applied Science and Manufacturing (2026).

메커니즘

1. 초음파 처리 (21,000 J/mL; 700 W, 진폭 30%, 19.8 kHz, 켜짐 1분 / 꺼짐 30초, 총 50분) 는 충전재 내부의 자기결합을 파괴하고 황마 섬유 표면으로의 바이오차 그라프팅을 촉진한다 (see Gong et al., Composites Part A: Applied Science and Manufacturing (2026), §3.1–3.2, Figs. 2–3).
2. 형성된 충전재 네트워크는 프리믹스 점도를 상승시키며 (전단 박화; 10 s⁻¹에서의 정상 전단 점도가 충전재 함량과 함께 증가), 기포 합체를 억제함으로써 → 1:0.6 배합까지 셀이 더 작고 덜 개방된 구조를 형성한다 (Fig. 3c–h).
3. 셀 개방도 감소 + 기공 크기 감소 + 바이오차/섬유 표면 거칠기가 복잡한 기공음향 경로를 형성하여, 사분파장 공명 경로를 연장한다 (noise-reduction-coefficient-PUCF: JCA 굴곡도 τ∞ 3.60 대 순수 PUF의 1.47).
4. 과잉 충전 시 역전 현상 (1:0.9): 바이오차 응집으로 인한 불균일 응력 집중과 셀 벽 파열이 발생하여 기계적·음향적 성능 향상이 역전된다.

근거 (간접적)

• XPS O 1s 결합 에너지 이동 (1:0.6 시편에서 순수 PU 대비 C–O–C 성분 +0.19 eV)은 충전재와 폴리올 기지 간의 계면 수소결합을 나타낸다 (Fig. 2d).
• JCA 피팅 굴곡도는 SAC 피크의 적색 이동과 상관관계를 보인다 (Fig. 5h).
• 0:0.6 대조군 (바이오차만, 황마 없음)은 셀 개방도 34.68%를 나타냈으나 통계적으로 유의미한 NRC 향상은 없었으며, 이는 음향 성능 향상을 지배하는 것이 셀 개방도 단독이 아니라 다차원 충전재 네트워크임을 확인시켜 준다.