홀랜드 컴포지츠 탐방: 렐리슈타트 첨단 복합소재 시설의 모든 것

포일링 카타마란, 빌딩 파사드 등 다양한 고난도 프로젝트 수행. 암스테르담에서 차로 1시간 이내 거리에 위치한 홀랜드 컴포지츠(Holland Composites)는 4,500m² 규모 시설에서 해양/오프쇼어, 건축, 재생에너지, 특수 프로젝트 등 4대 시장을 공략합니다. 프리프레그 탄소섬유 강화 폴리머(CFRP)와 놉스 허니콤을 고하중 부품에, 레진 인퓨전과 유리섬유를 건축 및 저마진 프로젝트에 혼용합니다. 스벤 에릭 얀센(Sven Erik Janssen) 공동 대표는 "첨단 소재를 쓰면서도 저마진 부품의 간접비를 낮게 유지하고, 비용 효율적인 구조물에서도 고성능을 구현한다. 이것이 우리의 강점"이라고 강조합니다.

자체 브랜드 DNA 퍼포먼스 세일링(DNA Performance Sailing)으로 포일링 멀티헐 세일보트도 생산합니다. 5.5m F1X 카타마란, 11m TF10 트라이마란, 14m F4 카타마란 등이 있으며, 단종된 12m G4 카타마란은 "4톤 이상 무게를 6명 선원으로 포일링하는 성능은 아메리카 컵 요트 외에는 경쟁자가 없다"며 자부심을 드러냅니다.

해양에서 육상·항공 수송으로

1992년 얀센과 피터얀 드와르스하위스(Pieterjan Dwarshuis)가 델프트 공대(TU Delft) 재학 중 창업했습니다. 호비 카타마란용 탄소섬유 마스트 제작을 시작으로 1993년 CFRP/놉스 허니콤 18m 요트 텐더, 1994년 레진 인퓨전 100피트 세일링 요트 등을 건조했습니다. "초기부터 모든 제품을 탄소섬유 프리프레그나 인퓨전으로 제작했다"는 회고입니다. 하지만 해양 시장의 부침과 일회성 프로젝트 의존도를 줄이기 위해 "FRP(일반 유리섬유/폴리에스터)보다 앞선 첨단 복합소재 분야에서 다각화를 모색했다"고 합니다.

도로 수송 경량화 솔루션으로 유리/탄소섬유 모노코크 섀시 트럭 트레일러 35대를 제작, 3,500kg 경량화를 달성했습니다. "감자 등 밀도 높은 화물을 운반할 때 부피 한도 전에 중량 한도에 도달하는 문제를 해결했다"며 냉장 트레일러도 제작했지만 "시장이 준비되지 않아 연간 화물 증가분과 유지보수 절감 효과를 초기 비용과 비교 계산하지 못했다"고 아쉬움을 토로했습니다.

동시에 VRR(로테르담)이 에어버스, 보잉, 항공사용 맞춤형 항공 화물 컨테이너 개발을 의뢰했습니다. "탄소/아라미드 섬유 모노코크로 현존 최경량 컨테이너를 개발해 수천 개를 납품했지만, 저가 FRP 제품에 시장이 포화됐다"고 회상합니다.

OOA 경화 구조물. DNA 퍼포먼스 세일링 브랜드의 대형 탄소 복합소재 구조물을 유연 오븐(우측)에서 경화합니다. 외부 제어 유닛에서 가열과 공기 순환을 컴퓨터로 제어하는 단열 패널로 구성됩니다.

해양, 여전히 핵심 경쟁력

1999년 네덜란드 해군이 잠수함용 소나 돔을 의뢰했습니다. 기존 이분할 접합 방식은 음파 탐지 장애를 유발해 일체형 제작을 요청했습니다. 11.5×3×3m, 두께 45~110mm, 5,000kg 비닐에스테르/에폭시 하이브리드 레진(로마르-보스 컴포지츠 공급) 사용, 완제품 중량 6,500kg. "전방 선체에 위치해 강성과 슬래밍 하중 저항이 필수적이며, 물의 밀도와 소나 투과율도 맞춰야 한다"며 "전 세계 여러 해군 구축함에 납품 중"이라고 설명합니다.

반면 DNA 포일링 멀티헐은 경량 극한을 추구합니다. "우리의 소형 보트가 대회에 출전한 최초의 포일링 카타마란"이라며, MOD70 '팀 아르고(Team ARGO)'와 '보 게스테(Beau Geste)' 같은 기록 경신 레이싱 요트의 복합소재 하이드로포일도 생산합니다. "고하중 부품을 무결점으로 만드는 독자 기술과 원샷 생산 공정을 보유했다"며 "NACRA 17 올림픽 클래스 보트의 모든 포일을 제작하며 세계 최정상 선수들과 차세대 포일링 성능을 개발 중"이라고 밝혔습니다.

윈드캣 워크보트(Windcat Workboats) 풍력발전 서비스 선박용 경량 CFRP 데크하우스(「복합소재 데크하우스로 중량 절감」 참조)는 레진 인퓨전 CFRP 폼 샌드위치 구조로 기둥 없는 넓은 실내 공간을 구현했습니다. "모노코크 데크하우스가 충분히 가벼워 선체 진동에서 격리할 수 있는 댐퍼 장착이 가능하며, 윈드캣은 정숙한 승선감으로 대형 풍력 터빈 OEM들로부터 호평받는다. 50~60피트 고속 카타마란 신규 시장이 열리고 있다"고 전망합니다.

홀랜드 컴포지츠가 반투명 RAFICLAD 패널 시스템과 3.6×3.3m 대형 패널로 그로닝겐 대학교 생명과학 빌딩의 구조용 복합소재 파사드를 공급했습니다. 경량화와 최대 단열 성능을 동시에 달성했습니다.

75개의 40×60m 복합소재 섹션을 이스라엘로 선적해 현장에서 라미네이션 후 윙 형태 지붕 섹션으로 들어올렸습니다.

"우리가 하는 모든 것은 구조적이다"

텔아비브 이츠하크 라빈 센터(Yitzak Rabin Centre)의 윙 형태 지붕 구조물은 콘크리트 대비 과중하여 복합소재로 제작했습니다. "가능한 최대 섹션으로 제작했다"며 유리섬유와 에폭시 기반 비닐에스테르 레진으로 레진 인퓨전 후 이스라엘로 선적, 현장에서 뒤집어 지그에 놓고 라미네이션해 최대 스팬 31m의 '윙 루프'를 완성했습니다. "두께 200~300mm 패널이 11m 캔틸레버 구간을 포함한 유리 파사드를 지탱하며, 복합소재가 모든 하중을 감당해 자유로운 지붕 스팬 설계가 가능하다"고 강조합니다.

플레처 호텔 타워(2012~2013년 완공)는 쇼핑몰에서 고급 호텔로 용도 변경되며 대폭적인 차음 성능 확보가 필요했습니다. "콘크리트 골조가 추가 하중을 감당 못 해 경량 솔루션을 의뢰받았다"며 8.5×3m 복합소재 패널에 판유리 파사드를 체결하는 방식을 채택했습니다. "유리가 우리 패널에 매달려 하중을 분담하며, 패널을 콘크리트 골조에 고정한다. 유리-복합소재 샌드위치 패널-에어갭 조합이 엄청난 차음 장벽을 형성한다"고 설명합니다. 패널 내부 면은 페인트 마감, 외부 면은 UV 코팅 처리했습니다. "곡면 건물에 클래딩을 원스텝으로 시공하는 매우 빠른 방식이며, 단열 R값 8을 달성해 일반 외장재의 2배 성능"이라고 덧붙입니다. 얀센은 "에너지 중립이 미래 건축의 핵심"이라며 "우리 구조용 복합소재 클래딩을 적용한 건물은 난방 에너지가 거의 필요 없어 넷제로 달성에 효율적이다. 네덜란드 에너지 효율 인증 브리암(BREEAM) 최초 획득 건물 2곳이 우리 복합소재를 사용했다"고 자부합니다.

플레처 호텔에 곡면 복합소재 패널을 콘크리트 골조에 부착해 심미성과 차음성을 겸비한 외관을 구현했습니다. 유리 파사드를 패널에 체결해 과도한 데드 하중을 방지했습니다.

얀센은 암스테르담 시내 스테델릭 현대미술관(Stedelijk Museum)을 "열팽창 관리의 극한을 보여주는 기술적 건축 프로젝트의 정점"으로 꼽습니다(「대형 미술관, 대형 구조물」 참조). 또한 네덜란드 특정 지역에서 수압 파쇄(프래킹)로 지반이 불안정해지며 내진 파사드가 필수가 되었는데, "일반 강철과 콘크리트는 이런 변위를 감당 못 한다"며 그로닝겐 위벵아 빌딩(Wiebenga building)에 30cm 변위까지 견디는 내진 파사드를 적용한 사례를 소개합니다.

현재 최대 과제는 내화 성능입니다. "잘못된 복합소재 적용이 업계에 나쁜 인상을 줬다"며 "건축 프로젝트에는 오직 내화 소재만 사용하고 승인된 규정에 따라 완전한 내화 시험을 거친다"고 강조합니다.

홀랜드 컴포지츠는 탄소섬유 프리프레그를 오토클레이브 경화해 조력 터빈 발전기용 블레이드를 제작합니다. 저속 고토크 구조물에 가해지는 거대한 하중을 감당하기 위함입니다.

오프쇼어 및 재생에너지

오프쇼어 오일&가스 분야 장기 계약도 보유합니다. "경량과 내식성 외에도 쉬운 수리가 강점"이라며 "금속 구조물 수리는 용접과 불꽃으로 화재 위험 탓에 생산 중단 필요하지만, 복합소재는 생산 중단 없이 패치 수리 가능"하다고 설명합니다. 다양한 오프쇼어 구조물용 신규 고객도 확보 중입니다.

조력 터빈 블레이드도 제작합니다. "조력 에너지는 아직 초기지만 첫 프로젝트 완료 후 결과가 인상적"이라며 "조석은 풍력/태양광과 달리 항상 존재해 전력 출력을 신뢰성 있게 예측 가능하며, 이는 전력 회사에 핵심"이라고 말합니다. 오토클레이브 경화 탄소섬유 프리프레그를 사용하는 이유는 "블레이드는 저속 고토크로 움직이며, 로터 회전을 모터로 최대한 효율적으로 변환해 조력 운동에서 에너지를 극대화해야 하기 때문"입니다. 터빈당 3m 길이, 18mm 두께 블레이드 2개, 발전기당 5개 터빈 구성입니다. "이 블레이드 하중은 13,600마력 예인선이 전력으로 전진하는 것과 동일"하지만 "강철은 너무 무거워 발전기 효율을 떨어뜨린다"며 블레이드만 제작, 페어링/노즈콘/비구조 클래딩은 FRP 업체가 담당합니다.

미래 지향적 시설

투어는 레이업 구역에서 시작합니다. 대형 레이업 테이블, DNA 퍼포먼스 세일보트 부품, 다양한 CFRP 포일이 설치 대기 중입니다. 천장이 낮은 이유는 자재 보관용 메자닌 때문입니다. 높은 천장의 생산 구역으로 이어지며, 레이업 구역 건너편에 준트(Zünd, 스위스 알트슈테텐) 자동 커팅 머신이 있습니다. 5.7×2.8×0.3m 커팅 범위로 프리프레그, 건식 섬유, 폼 소재를 최대 25mm 두께까지 가공합니다.

전경: 준트 자동 커터가 절단된 보강재와 폼을 레이업 구역(후방 우측)으로 공급하며, 위층에 자재 보관 메자닌이 보입니다. 노란 롤업 도어 뒤편에 툴링 구역이 있고, 그 옆에는 CMS 머시닝 센터가 위치합니다.

준트 커터에서 뒤를 돌아 유리벽 툴링 룸으로 들어갑니다. 노란 롤업 도어를 통해 진입하면 여러 금형이 진행 중이고 진공 백 아래 부품이 경화되고 있습니다. "CFRP 부품용 금형은 CFRP나 알루미늄을 쓰며, 툴 내부 환기 구멍으로 공기 순환을 유도해 균일한 경화를 보장한다"고 설명합니다.

CMS 머시닝 센터(이탈리아 CMS SpA, 5축 CNC, 5×2×1.8m)는 커팅 테이블(좌측, 화면 밖)과 오토클레이브(우측 끝, 벽 쪽) 사이에 있습니다. 6.5×2.2m 오토클레이브(네덜란드 탱크바우 루츠엘라르)에서는 "일반적으로 125°C, 6bar로 경화한다"고 합니다.

오토클레이브 내부에는 CFRP 툴(환기 구멍 확인 가능)과 대형 CFRP 포일이 진공 백 상태에서 경화 중입니다.

오토클레이브 옆 벽이 툴링 룸을 따라 건물 길이 방향으로 생산 구역을 둘로 나눕니다. 문을 지나 두 번째 구역으로 가면 워터젯 커터(8×2×0.5m), 최대 15×10×3.5m 오븐 여러 대, 19×12×3.5m 도장 부스가 있습니다. "현재 카타르 프로젝트용 대형 패널과 윈드캣 보트용 CFRP 데크하우스 시리즈를 생산 중"이라고 합니다.

윈드캣 워크보트 카타마란용 CFRP 데크하우스가 19×12×3.5m 도장 부스에서 도장되고 있습니다.

최신 도입 장비는 매시빗 3D(Massivit 3D, 이스라엘) 1800 Pro 프린터로 빌드 볼륨 145×111×180cm입니다. "3개 프린트헤드로 샌드위치 구조의 양쪽 스킨과 중앙 인필/격자 구조를 동시 프린팅하는 금형 3D 프린팅 기술로 파트너십을 맺고 혁신 중"이라며 "향후 섬유 강화 소재 적용 예정이나 현재도 정확한 툴링을 최소 밀링으로 빠르게 생산하며 소재 사용량도 대폭 절감한다. 설계부터 금형, 도장 부품까지 단기간 공정 체인을 완성했다"고 자평합니다.

자동화 확대도 모색 중이나 비용 상승 없이 추진하려 합니다. "결국 독창성의 문제다. 우리는 소수만 도전하는 고난도 복잡한 문제에 끌린다. 보트 빌더로서 항상 제한된 자원으로 창의성을 발휘해왔다. 복합소재 분야에서 미래 기회가 무궁무진하다"며 포부를 밝혔습니다.