빅트렉스와 다허, 차세대 열가소성 항공기 패널로 마일스톤 달성

사진 제공: 빅트렉스

10월 20일 보도에 따르면, 빅트렉스(Victrex, 영국 손턴 클리빌리스)는 프랑스 항공기 제조업체 및 장비 공급업체 다허(Daher, 프랑스 위수)와 협력해 두께 32밀리미터(1.26인치)의 176플라이 라미네이트 구조 항공기 패널을 생산했습니다. 양사에 따르면, 이 협력은 더 빠른 항공기 생산 필요성에서 비롯되었습니다. 패널과 브라켓 같은 복합소재 구조 부품들을 사용해 생산 속도를 개선하는 것이 해결책이 될 수 있습니다.

빅트렉스 AE 250 폴리아릴에테르케톤(PAEK) 기반 열가소성 복합소재와 자동화된 섬유 배치(AFP) 공정 기술을 사용한 후 오븐 및 진공 또는 오토클레이브 외(OOA) 콘솔리데이션을 통해, 결과적인 열가소성 패널은 이전에 달성할 수 없었던 두께에서 OOA 공정으로 항공우주 품질 라미네이트를 달성할 수 있음을 입증했다고 합니다. 빅트렉스에 따르면, 이는 글로벌 항공우주 산업의 주구조물(primary structural) 애플리케이션에 핵심 이점을 제공할 수 있습니다.

패널 치수는 120 x 60센티미터(47 x 24인치), 두께 32밀리미터(1.3인치)로, 기존 평판 패널보다 현저히 두껍으면서도 품질 수용 가능한 플라이 패드업(ply pad-ups)과 가변 두께를 시연할 수 있습니다. 176플라이 구조의 예외적 두께는 고품질 단방향(UD) 열가소성 테이프의 AFP 적층으로 가능해졌으며, 이는 오토클레이브 경화가 아닌 콘솔리데이션만 필요합니다. 빅트렉스 AE 250 UDT로 가열 툴링을 사용한 콘솔리데이션도 생산 시간을 크게 단축할 수 있다고 회사는 말합니다.

"새 복합 패널은 공극률, 결정도, 콘솔리데이션, 플라이 본딩에 대한 항공우주 산업 표준을 충족합니다. 소재들은 항공우주 산업의 미래에 핵심입니다. 무게, 연료 소비, 운영 비용 절감 외에도, 더 빠른 생산 속도를 가능하게 하고 환경에 훨씬 더 좋습니다."라고 다허 R&D 부사장 도미니크 바일리(Dominique Bailly)는 말합니다. "항공 산업이 향후 20년간 40,000대 이상의 신규 항공기가 필요할 것으로 예상됨에 따라, 이 수준의 수요를 충족하려면 생산이 단순히 가속화되어야 합니다."

구체적으로, 패널의 엔지니어링 사양에는 1% 미만의 공극률(거의 제로), 결정도 25-30%가 포함됩니다. 빅트렉스에 따르면, 176플라이 라미네이트 구조답게 복합 층간 본딩은 필요한 층간 전단 강도(ILSS)를 달성하도록 타겟팅되어, 공극이 AFP 공정으로 제거되고 높은 품질과 기계적 무결성이 유지되는 패널의 매우 높은 기계적 강도를 명확히 보여줍니다.

또한, 빅트렉스 AE 250 UDT는 280°C(536°F)에서 가공 후 오븐 사이클을 거칠 수 있습니다. 잘 알려진 PAEK 계열 고성능 폴리머인 PEEK의 345°C(653°F)보다 상대적으로 낮은 305°C(517°F) 용융점을 가집니다. 이는 자동화된 열가소성 공정에서 뚜렷한 이점으로, 본딩 공정을 가속화하고 항공기 생산의 전반적 효율을 높인다고 회사는 말합니다.

추가적인 매력적 소재 이점으로는 금속 대비 최대 5배 높은 비강도(specific strength)와 비강성(specific stiffness), 최대 4배 높은 피로 저항이 있습니다. 내식성, 가공성, 단열성도 개선되며, 충격 및 화학 저항성, 손상 허용도는 금속과 유사합니다. 또한, 열경화성 솔루션과 달리 PAEK 복합소재는 완전히 재활용 가능하며, 최대 10배 더 나은 손상 허용도를 제공하면서 더 큰 화학 저항성, 피로 성능, FST(난연/연기/독성) 특성을 제공하고, 여전히 열경화성과 강도와 강성을 맞춥니다.

빅트렉스 AE 250 복합소재의 주요 특징들에는 뛰어난 고온 성능과 열 안정성, 항공우주 유체와 가스에 대한 광범위한 화학 저항성, 가수분해와 부식에 대한 우수한 저항성이 포함됩니다.

"여기서 우리가 보는 건 우리 테이프의 경량 특성과 코리올리스 컴포지츠(Coriolis Composites, 프랑스 케벤)가 개발한 빠른 AFP 공정이, 항공기 설계에서 금속 대체에 열가소성 복합소재의 모든 흥미로운 가능성을 훨씬 더 큰 규모로 제공한다는 것입니다. 동시에 이는 현재 7, 8, 9년에 이를 수 있는 장기간 조립 일정으로 항공기 건설을 괴롭히는 생산 백로그를 줄이는 데도 기여할 수 있습니다."라고 빅트렉스 항공우주 디렉터 팀 헤어(Tim Herr)는 코멘트합니다. "이 선구적 프로젝트에서 일하는 것은 생산적이고 흥미로웠으며, 우리가 말 그대로 미래의 항공기와 항공 산업을 형성하는 데 도움이 될 것이라 확신합니다."