빅트렉스와 일렉트로임팩트, 열가소성 복합재로 AFP 속도 4,000 IPM 달성

대형 항공우주 부품을 열가소성 복합재로 생산하기 위한 한 걸음으로, 폴리머 솔루션 공급업체 빅트렉스(Victrex, 영국 클레빌리스)와 자동화 및 툴링 전문 기업 일렉트로임팩트(Electroimpact, 미국 워싱턴주 무킬테오)가 최근 일렉트로임팩트의 자동 섬유 배치(AFP) 기술과 빅트렉스 AE 250 저융점 폴리아릴에테르케톤(LMPAEK) 단방향(UD) 테이프를 사용하여 분당 4,000인치(IPM)의 레이다운 속도를 달성했다고 발표했다.

일렉트로임팩트 AFP 가공 기술은 새로운 레이저 가열 시스템 배치로 향상되었으며, 빅트렉스 AE 250 UD 테이프는 PEEK 같은 폴리아릴에테르케톤(PAEK) 폴리머 패밀리의 일반적인 기계적, 물리적, 화학적 내성 특성을 가지면서 결정 융점 온도가 40°C 낮은 305°C로 설계된 고성능 열가소성 복합재 프리프레그 테이프다.

열가소성 복합재, 열경화성 수준의 속도 달성

"열가소성 UD 테이프를 일렉트로임팩트의 가변 스팟 크기(VSS) 레이저로 분당 4,000인치 레이업 속도로 가공하는 것의 의미는, 우리가 아는 한 열가소성 수지가 처음으로 열경화성 수지 레이업 속도를 달성했다는 점이다. 이 개발은 오토클레이브 경화 필요성을 없애고 열가소성 수지에 주요하고 새로운 처리량 이점을 제공할 수 있다"고 일렉트로임팩트 수석 엔지니어 마이클 아사디(Michael Assadi)는 설명한다.

빅트렉스 R&D 책임자 제임스 마이어스(James Myers)에 따르면, "저융점 기술이 AFP 최적화의 핵심 차별화 요소다." 이 제품의 305°C 융점은 "레이저 에너지를 낮추면서 다른 PAEK 폴리머의 고성능 특성을 구현하고, 항공우주용 적절한 콘솔리데이션 수준을 달성하게 한다. 또한 UD 테이프의 매우 높은 함침률, 폭과 두께의 일관성, 스플라이스 없이 긴 연속 길이가 빠른 레이업에 기여하는 요인들이다."

마이어스에 따르면, 이 제품은 AFP, 자동 테이프 적층(ATL), 연속 압축 성형(CCM) 등 여러 자동화 공정에서 제조 효율성 최적화를 위해 개발 중이다. "소재 플랫폼은 아직 개발 중이지만, 빠른 속도/대량 생산이 핵심 요구 사항인 까다로운 환경에서 작동하는 대형 고성능 구조 애플리케이션에 대한 새로운 잠재력이 부상하고 있다"며, "우리는 기존 AFP/ATL 가공 환경에서 이 소재의 한계를 아직 찾지 못했다"고 덧붙인다.

이 속도 수준은 현재 오토클레이브 외(OOA) 콘솔리데이션으로 보고되지만, 마이어스에 따르면 팀은 일렉트로임팩트 시설에서 인시투 공정도 시험 중이며, "한 단계로 기공 없는 라미네이트를 만들기 위해" 노력하고 있다. 이에 아사디는 "속도 측면에서 인시투 콘솔리데이션은 소재 결정화와 오토헤전(autohesion)에 의해 제한되어 요구 특성을 달성한다. 물론 처리량/효율 이점은 추가 콘솔리데이션 단계가 없다는 점이다."라고 덧붙인다.

빅트렉스는 여러 소재를 비교한 테스트 프로그램에서 빅트렉스 LMPAEK UD 테이프가 기공 없는 라미네이션, 가장 치수적으로 균일하고 균일한 섬유 분포를 포함하여 최고의 성능을 제공했음을 입증했다고 보고했다.