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탄소섬유 보강 고분자 블랭킷을 장착한 항공기
에어버스 헬리콥터는 탄성이 우수한 탄소섬유 보강 고성능 고분자를 에어버스의 항공기 도어에 있는 피팅에 알루미늄을 대체하여 적용하였다. 현재 PEEK로 제조되는 블랭킷은 에어버스 헬리콥터가 개발한 것으로, 관련 부품 품질 특성을 받은 후에 상업적으로 사용하도록 시리즈로 생산되고 있다. 금속을 대체하여 사용될 수 있는 이 재료의 성공적인 개발에 의해 무게와 비용 면에서 40%의 절감이 가능하게 되었다. 또한, 사출 성형으로 고분자 블랭킷을 제조하는 것에 의해 알루미늄 블록에서 블랭킷을 만드는 장비의 높은 제조비용도 줄일 수 있다. A350 XWB 항공기의 도어에 사용되는 섬유 보강 고분자 구조물은 내부에 가설 구조와 결부된 표피를 사용하고 있다. 현재 PEEK 열가소성으로 제조되는 피팅은 외부 표피를 내부 가설 구조 포인트에 연결하고 있다. 두 개의 부품들은 상자 형태의 지지구조를 형성하여 최고의 기하학적인 관성 모멘트를 가진다.
에어버스 헬리콥터의 항공기 도어 연구 기술부의 책임자인 Christian Wolf는 PEEK 부품의 작동과 중요성에 대해 설명한다. “기준 하중의 경우, 예를 들면 내부 항공기 압력에 대해 이 포인트 타입의 연결은 외부 표피의 손상을 줄여서 항공기 도어의 공기 역학적인 품질을 유지할 수 있게 해준다. 항공기 도에의 모든 부품들은 단일 리던던트(singly-redundant) 디자인으로 되어 있다. 만약 블랭킷 근처의 부품 하나가 빠지면 블랭킷은 구조적인 하중을 전달하기 위해 대체 통로를 제공하게 되고 이는 항공기의 주요 구조 중의 부분이 된다. 이전에 사용되던 알루미늄 대신에 탄소섬유가 보강된 고성능 PEEK 고분자를 사용하는 것에 의해 에어버스 헬리콥터는 다양한 혜택을 줄 수 있는 유사한 부품들을 성공적으로 제조하였다. 무게 및 생산 비용을 약 40% 줄일 수 있었고 알루미늄 부품 대신에 PEEK 부품들을 열경화성에 연결하여 구멍을 뚫는 것이 훨씬 쉽게 되었다. 최적화된 탄소섬유 보강 플라스틱 드릴은 이전에 비해 구멍의 질을 훨씬 향상시킬 수 있다.
에어버스에 의해 명시된 PEEK 부품은 항공기 도어 내에 계속하여 쌓이는 수분에도 견딜 수 있어 알루미늄의 경우 부식이 되어 특별한 코팅이 필요한 단점도 해결할 수 있다. “적절한 재료와 이들 재료에 대한 전문성을 가진 기술자들과의 협력에 의해 부품의 성공적인 개발과 고품질화가 가능하였다. 전문가들은 섬유 보강 PEEK를 처음으로 사용하는 것에 의해 얻은 전문성을 다른 부품들에도 적용할 수 있고 유사한 조건들을 가진 다른 분야에도 응용할 수 있다”고 Wolf는 말한다. 항공우주 사업에서 “디자인과 설치(design and build)” 공정, 예를 들면 주어진 특이 조건에 부합되게 개발하는 것은 구조 부품들을 생산하는데 가능한 선택사항이다. 이 과정에서 개발자들은 재료의 선택에서 부가적인 자유를 가질 수 있다. “하중 베어링 구조 부품에도 적합한 특별한 고성능 열가소성 재료는 현재 처음으로 에어버스 A350-900에 사용되어 정상적인 항공기 운행을 하고 있다”고 Victrex의 항공우주 사업 개발책임자인 Uwe Marburger는 말한다.
세계적으로 가동하며 영국에 기반을 둔 회사는 35년의 경험을 가지고 있으며 polyaryletherketones에 기반한 해결안뿐만 아니라 공급 보안 및 일정한 제품 품질에 대한 보증도 제공하고 있다. 항공우주 디자이너 및 제조업자들은 PEEK를 사용하여 혜택을 받고 있다. 높은 탄성을 가진 섬유로 보강된 고성능 고분자는 polyaryletherketone에 기반을 두고 있는데, 이는 우선 매우 박막인 사출 성형 부품에 사용된다. 고강도 부품들은 자유롭게 흐르고 쉽게 제조할 수 있는 재료로부터 제조될 수 있다. 이들의 특성은 기준에 맞지 않을 수 있다. 예를 들면, 90HMF40는 같은 조건에서 알루미늄 7075-T6에 비교하여 100배 이상 긴 피로 수명을 가지며 20% 이상의 비강도와 강성을 가진다.
* 출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
* 원문: http://www.azom.com/news.aspx?newsID=44589
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