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풍력터빈 블레이드용 탄소나노튜브와 폴리머 나노 복합재료

전문가 제언: ○ 풍력 에너지의 전 세계 시장은 지난 수십 년간 기하급수적으로 증가하였고 풍력터빈 블레이드의 더 높은 강도 대 질량비를 갖는 비용 효과적인 재료를 개발하기 위하여 지속적인 노력을 해왔다. 특별한 구조적 이동 물성을 갖는 탄소나노튜브(CNTs: Carbon Nanotubes)는 예외적인 기계적 성질과 다기능성 특징을 전달하는 폴리머 기반 나노 복합재료를 개발하기위한 보강으로 많은 관심을 끌었다.

○ CNT/폴리머 나노 복합재료의 기계적, 피로, 전기적, 열적 및 차단성 특성에 대하여 특별한 강조를 하였는데 이것은 큰 회전 반지름을 가진 풍력터빈 블레이드를 위해 적합한 재료를 선택할 때에 중요한 고려사항이다.

○ FRP 재료 성질의 측정으로 추가 센서의 필요 없이 상태 감시를 위한 새로운 접근법이 조사되었다. 전기 전도도를 달성하기 위하여 CNT와 카본 블랙으로 에폭시 수지가 수정되었다. 시편이 생산된 재료로부터 절단되어 증분 인장시험, 피로시험 및 층간 전단강도가 시험되었다. 기계적 시험동안 모든 시편의 전기전도도가 응력/변형과 손상 감시를 평가하기 위해 동시에 감시되었다. 결과는 나노 복합체 재료의 전기 전도도를 통한 FRP 구조의 손상과 하중 탐지를 위한 높은 가능성을 보여주었다.

○ 풍력터빈 블레이드와 같은 탄소 섬유 강화 재료(CFRP: carbon fiber-reinforced composites)의 특정 응용에 직접 관련이 있는 평면 내와 비틀림 전단 특성이 연구되었는데, 다중 규모 복합재가 CNT로 수정된 에폭시 매트릭스를 포함하는 탄소섬유 수지침투 가공재를 사용하여 제조되었다. 0.5중량% CNT 복합재료의 층간전단강도가 일반 CFRP 복합재료에 비하여 12% 증가한 반면 튜브형 시편을 사용하여 결정된 비틀림 전단 강성과 강도는 각각 17%와 19.5% 개선되었다.

○ 대형 풍력터빈 블레이드 재료개발을 위한 CNT 복합재료 개발에 미국, 독일 및 중국의 연구자들이 논문을 발표하고 있다. 우리나라도 앞으로 대형 해상 풍력터빈 블레이드를 위한 폴리머 기반 나노 복합재료 개발에 많은 연구가 필요하다.

저자: Peng-Cheng Ma, et al,
자료유형: 학술정보