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섬유강화 열가소성 복합재료(TPC)의 적용분야 확대 전망

전문가 제언: ○ 최근 환경문제로 인해 에너지 소비절감과 이산화탄소 배출량절감 규제가 강화되고 있는 가운데, 항공기 및 자동차 등의 경량화가 중요해지고 있다. 이를 위해 경량 탄소섬유 강화 복합재료나 높은 강성의 탄소섬유는 구조재료로 많은 기대를 받고 있지만 열경화성수지 복합재료는 생산 리드 타임이 길어 아직 상용화하지 못하고 있다.

○ 그러나 열가소성 복합재료는 예열 후 제품형상을 갖는 금형에 장착한 후 프레스 공정 등을 통한 간단한 열 성형을 진행하면 원하는 제품을 제조할 수 있다. 또한 고 인성(toughness), 고속 성형 성, 용이한 후가공성, 재활용성, 사이클 시간의 단축으로 대량생산이 가능하며, 제조 원가가 낮아지는 장점이 있다.

○ 특히 탄소섬유강화 열가소성 복합재료(CFRTP)는 급속 제조공정의 특징이 있어 생산비용을 줄이고 기계적 성질이 우수하다. 고객맞춤형 섬유와 매트릭스 결합에 의해 재료 사용률을 개선하고, 하중경로 추종 섬유구조라는 직조기술을 적용함으로서 경량화 목적으로 탄소섬유의 적용이 더욱 확대되어 지속 가능한 경량화재료로 자리 매김하게 될 것이다.

○ SGL사는 세계 탄소섬유 수요가 2020년에 약 10만 톤 규모로 성장하고 그 중 산업용이 약 75%를 차지할 것이라고 예측하고, 완전 함침 및 강화 된 UD 테이프용 섬유를 개발하였다. 열가소성 복합재료 시스템에서 높은 성능의 섬유-매트릭스 상호작용과 래미네이트 수준의 최고 기계적 성능을 얻기 위해 고객 맞춤형 사이징 기술을 적용하고, 원재료의 등급에 따라 서로 다른 UD 테이프 공정기술을 개발하였다.

○ 열가소성 복합재료부품은 항공은 물론 풍력 에너지 분야, 전기자동차나 하이브리드 자동차 분야에서 재료 중량 감소와 수명이 종료된 후에 재순환이 가능하다. 국내 기업의 생산 능력 증대와 함께 환경에 대한 국가적 요구조건과 세계적인 규제에 대응할 수 있도록 열가소성 복합재료 및 활용에 관한 기술 개발을 적극적으로 추진할 필요가 있다.

저자: Andreas Erber, Simon Spitko
자료유형: 학술정보