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풍력터빈 로터 블레이드용 섬유강화 복합재료 프리폼의 설계 기술

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○ 세계 탄소섬유 생산량의 54%가 중간 반제품인 프리프레그(prepreg) 제조에 사용되고, 탄소섬유의 적용분야는 풍력터빈 로터 블레이드(23%), 항공과 방산(18%), 스포츠와 레저(17%) 등이다. 블레이드용 복합재료는 프리폼(preform) 형태의 수지함유 섬유로 구성되며, 복합재료 프리폼은 건조섬유, 실 및 직물의 굳지 않은 집합체라고 정의할 수 있다.

○ 복합재료 프리폼을 설계하기 위해서는 재료, 필라멘트, 구조, 기계적 성질, 제조공정, 비용, 품질, 인증과 같은 모든 요소를 이해하여야 한다. 이 요소들은 서로 비 간섭적 상관관계가 있다. 예로 필라멘트 직경은 기계적 성질과 공정에 영향을 주고, 블레이드에 적용하는 프리폼은 섬유 직경의 제한을 받는다.

○ 본문은 풍력터빈 블레이드에서 하중을 받는 주 래미네이트용 복합재료 프리폼의 설계과정에서 고려하여야 할 요인과 도전에 대해 기술하고 있다. 풍력터빈 블레이드용 복합재료가 가져야 할 일반적 요구조건은 강성과 피로특성이 높고, 공정시간 단축, 최소 비용, 신뢰성 증진 등이 있고 블레이드용 프리폼도 동일한 요구조건을 만족하여야 한다.

○ 풍력터빈 로터 블레이드를 위한 복합재료 프리폼을 설계하는 것은 복잡하고 도전적인 일이다. 이 설계 과정은 여러 요인들이 서로 간섭하지 않도록 반복적으로 검토하는 여러 단계를 포함하고 있으며, 패브릭은 결함 모드(failure mode), 제조기술 및 제조공정에 관한 경험과 지식을 바탕으로 사전 설계를 수행하여야 한다.

○ 국내 섬유강화 복합재료의 경우 고온소재의 경량화가 요구되며 대부분의 원 소재를 외국에서 수입하여 사용하고 있다. 섬유와 프리폼의 국내개발 필요성은 인정되나 민간 기업의 투자를 이끌어내기에는 잠재시장이 협소하여 개발 및 상업적 생산시도가 어려우므로 정책적인 배려가 필요하다고 생각한다.

저자: J. Zangenberg, P. Brøndsted, M. Koefoed
자료유형: 학술정보