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항공기 구조에서의 섬유강화 복합재료

전문가 제언: ○ 무게 대비 큰 강도와 탄성률, 강성 및 내식성을 가진 탄소섬유의 용도와 사용량의 확대는 엄청난 가격 저하로 항공기, 풍력 날개 등에 탄소섬유 강화 플라스틱을 대량으로 사용하는 시대를 열고 있다.

○ 민간 항공기에서는 기체 구조 1kg의 경량화는 2~3kg의 비행 중량의 감소를 가져와 경량 구조의 중요성을 말해준다. 미국 Boeing사에 의하면 1990년대에는 항공기에서 알루미늄이 약 70%, 복합재료가 약 10%의 구성비를 보이다가, B787의 영향으로 2008년에는 알루미늄이 약 20%, 복합재료가 약 50%의 구성비를 갖게 되어 민간항공기에서의 복합재료의 빠른 증가를 보여준다. 1kg의 중량 감소는 연간 2,900ℓ 이상의 연료 절감을 가져와 강도나 강성, 인성과 같은 특성을 떠나서라도 알루미늄으로부터 탄소섬유강화플라스틱으로의 변경을 이해할 수 있게 해준다.

○ 섬유 속에 수지를 미리 함침 시켜 압력용기 속에서 경화시키는 종래 방법은 일방향 탄소섬유의 이방성 강도를 개선하기 위한 2차원 이상의 섬유배향을 갖도록 적층물의 우수한 강도 특성을 제공하였다. 일방 취성 또는 손상 허용 특성 불충분, 압력용기 크기의 한계 및 프리프레그에 의한 높은 저장비용과 고인건비 등의 과제 해결을 위하여 진공보조 수지이송성형(VARTM), 수지필름 주입(RFI) 등의 경화기술, 손상 허용 특성 향상을 위해 열가소성 PEEK이용과 기복 불균일을 주기 위해 재봉틀로 재봉한 비 압착 직포(stitched NCF) 생산을 위한 자동 적층기술, 그리고 자동직포 공정과 제자리 경화의 초음파 테이프 적층(UTL), 전자조사 경화, 자외선 경화 및 가시광선 경화기술 등 첨단기술이 개발 중이다.

○ 탄소섬유 수요 폭발 전망 속에 탄소섬유의 세계적 제조사인 일본의 Toray 그룹은 Boeing 787에 2004년 1차로 동체와 주익 위주의 US$ 30억의 복합재료 납품 계약 체결에 이어, 2006년 4월 2차로 2021년까지 US$ 30억의 탄소섬유 프리프레그 납품 계약 성공으로 공장 증설 계획까지 발표하였다. 국내 태광산업이 탄소섬유를 개발하여 생산 도중 외국의 가격 공격으로 생산을 중단한 사실은 국내 첨단산업에 대한 장기적인 관점에서 국가적인 지원의 필요성을 새삼 일깨워 준다.

저자: C.Soutis
자료유형: 학술정보