향후 10년:불확실성과 함께 명확성

2020년대의 10년에 들어서면서 2010년대가 복합 재료 커뮤니티에 가져온 것과 이러한 혁신이 미래를 형성할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있음을 반영할 가치가 있습니다. 항공우주의 전통적인 복합재 시장에서 Boeing 787은 2011년에 서비스를 시작했으며 비슷한 복합재를 많이 사용하는 Airbus A350 XWB는 2015년에 이어졌습니다. Bombardier의 CSeries 수지 주입 날개가 있는 단일 통로 비행기가 2016년에 취역했습니다. Airbus는 그 후 CSeries를 인수했습니다. 2018년 제품 라인에서 A220으로 브랜드를 변경했습니다. 마지막으로 슬프게도 2019년에는 많은 복합 재료 혁신을 개척한 실물보다 큰 비행기인 Airbus A380이 취소되었습니다.

자동차 분야에서 BMW는 2013년i8까지 업계를 뒤흔들었습니다. 및 i3 도입 , 글로벌 수직 공급망 구축 및 많은 사람들로 하여금 탄소 섬유 집약적 차량의 시대가 곧 대량 도래할 것이라고 추측하게 합니다. . 2년 후 BMW는 재설계된 7-시리즈를 출시했습니다. , 탄소 섬유로 된 약 15개의 구조 부품으로 구성된 다중 재료 차량은 대량 채택을 위한 대체 경로를 제시합니다. 10년 후반, General Motors는 Sierra Denali를 공개했습니다. 압축 성형된 탄소 섬유 강화 열가소성 플라스틱 상자가 있는 픽업 트럭과 2019년에는 곡선형 인발형 리어 범퍼 빔이 있는 코르벳의 리어 엔진 버전이 있습니다.

복합재 재활용 분야에서, 특히 탄소 섬유 복합재(스크랩 섬유 이외)의 경우 10년은 공급 기반이 거의 없는 상태에서 시작되어 12개 이상의 공급업체와 함께 끝났으며 많은 공급업체가 다운스트림 애플리케이션에 상업적 수량을 제공했습니다. 풍력 에너지 산업은 전 세계적으로 용량이 3배 이상 증가했으며 복합 재료에 대한 강력한 시장임이 입증된 기치 10년을 보냈습니다. 나는 다음 달에 바람에 대해 더 자세히 다룰 것이므로 여기에서는 항공 우주 및 자동차에 초점을 맞출 것입니다.

저는 미국에 거주하고 있지만 2019년 초에 복합 재료에 중점을 둔 영국의 여러 연구 기관을 방문할 기회가 있었고 12월에는 독일 북부 및 남부에 있는 여러 Fraunhofer 연구소와 DLR 시설을 방문했습니다. 항공 우주 및 자동차 시장에 서비스를 제공하는 여러 생산 시설. 이러한 방문과 토론은 2020년을 시작하면서 재료 및 공정 개발이 ​​어디로 향하고 있는지에 대한 미국에서의 관찰을 보강합니다. 국가마다 어느 정도의 차이가 있지만 주요 추진력은 진정한 글로벌입니다. 재활용을 통해 생산 속도를 높이고 비용을 절감하는 것이 지배적입니다. 이러한 R&D 노력에 필수적인 지속 가능성. 모든 것이 이러한 문제를 해결하기 위한 국제 협력이 유익할 뿐만 아니라 복합 재료가 전통적인 재료를 진정으로 대체하는 경우 필수적이라는 것을 재확인합니다.

여전히 의문점이 남아 있지만 항공우주 분야에서 복합소재의 미래는 점점 더 명확해지고 있습니다. 보잉과 에어버스 단일 통로의 확고한 교체에 대한 공식적인 발표는 없었지만, 많은 항공 우주 연구는 더 높은 속도로 대형 첨단 복합 구조물을 제조, 기계, 검사 및 조립하는 기술을 제공하는 데 초점을 맞추고 있음이 분명합니다. 연간 100~140대의 광동체 제트기를 인도하는 것과 복합 1차 구조로 연간 700~900대의 단일 통로 항공기를 제작하는 것은 완전히 다른 문제입니다. 무인항공기(UAV)와 에어택시와 같은 UAM(Urban Air Mobility)의 인접 시장을 고려할 때 그 규모는 연간 수천 개가 될 것입니다. 열가소성 수지에 대한 상당한 관심이 있지만, 여객기의 대형 구조는 클립, 브래킷, 리브 및 기타 소형 구성요소에 열가소성 수지가 있는 열경화성 수지(진공 주입 또는 오토클레이브 외부 경화 프리프레그)에 남아 있을 가능성이 가장 높습니다. UAV 및 UAM 시장의 경우 업계에서 열가소성 수지를 고려하고 고압 수지 이송 성형(HP-RTM), 인발 및 압축 성형과 같은 자동차용으로 개발된 기술도 통합할 것으로 예상합니다.

반면에 자동차 세계는 상당한 불확실성을 보여줍니다. 탄소 섬유에 대한 관심은 여전히 ​​높지만 이제는 경량화를 위한 경량화뿐만 아니라 다른 원동력(전기화, 이동성 및 자율성)을 고려하여 그 가치를 고려해야 합니다. 지난 10년 동안 탄소 섬유 복합 재료의 사이클 시간과 비용은 50% 이상 감소했지만 아직 갈 길이 멀었습니다. 재활용되거나 저렴한 전구체/공정에서 나온 불연속 탄소 섬유는 자동화가 높고 스크랩 비율이 낮은 압축 또는 사출 성형 화합물의 보강재로 사용될 것입니다. BMW는 최근 i3 를 계속 제작할 것이라고 발표했지만 2024년까지 독일 자동차 산업 전체는 연속 탄소 섬유에 대한 새로운 응용 분야에서 물러나고 있습니다. 대용량 1차 구조에서 탄소 섬유의 미래는 완성 부품 비용을 킬로그램당 18유로(파운드당 약 10달러) 미만으로 낮추는 데 달려 있습니다. 가능한 중기 솔루션에는 연속 유리 섬유 또는 하이브리드 유리/탄소 구조와 하이브리드 오버몰드 구성 요소의 개발 증가가 포함됩니다.

복합 재료의 향후 10년 수익은 얼마입니까? 날아가는 것들의 미래는 밝아 보입니다. 그러나 지상 차량의 경우 여전히 몇 가지 돌파구가 필요합니다.