AVK, 2018 혁신상 수상작 발표…복합재 소재 우수성 기려

AVK는 독일 섬유 강화 플라스틱/복합재 전문 협회로, 국가 및 유럽 차원에서 생산자와 가공업체의 이익을 대변합니다. 서비스에는 태스크포스, 세미나, 컨퍼런스 조직과 연례 복합재 시장 보고서 등 시장 관련 정보 제공이 포함됩니다.

AVK는 독일 플라스틱 가공 산업 우산 조직(GKV)의 4대 국가 기둥 중 하나이자 유럽 복합재 산업 협회(EuCIA) 회원입니다. AVK는 카본 복합재 e.V.(CCeV), CFK-밸리 슈타데 e.V.(CFK-밸리), VDMA 하이브리드 경량 기술 작업그룹과 함께 컴포지트 저머니(Composites Germany)의 창립 회원입니다.

수년간 AVK는 섬유 강화 플라스틱(FRP)/복합재 분야의 특별한 혁신에 상을 수여하여 새로운 제품, 공정, 응용을 장려해 왔습니다. 또 다른 상은 연구 및 과학 분야의 탁월한 과학적 업적을 이룬 대학, 전문대학, 연구소에 수여됩니다. 모든 부문에서 '지속가능성' 주제에 특별한 강조점을 둡니다.

2018년 AVK 혁신상은 11월 5일 제4회 국제 복합재 콩그레스(ICC)에서 50개 이상의 출품작 중 선정되어 수여되었습니다. 전체 출품작 및 수상자 목록은 다음에서 확인할 수 있습니다: https://www.avk-tv.de/files/20181108_avkinnovationspreis2018.pdf

2018 AVK 혁신상 수상작

뷔파(BÜFA) 전도성 툴링 젤코트

복합재 생산 안전 기준을 크게 높이는 데 기여하는 전기 전도성 툴 코팅입니다. 툴이 적절히 접지된 경우 툴 표면에서 접지점까지의 누설 저항은 10⁶ Ω입니다. 정전기 하전이 안전하게 방전되려면 누설 저항이 10⁶-10⁹ Ω 범위에 있어야 합니다. 플라스틱 툴 제작에 기존에 사용되던 소재는 정의상 전기 절연체(10¹² Ω)이므로 컴포넌트 탈형 시 발생하는 정전기 하전을 소산시킬 수 없습니다. 뷔파 전도성 툴링 젤코트 표면의 전도성 특성은 극소량의 탄소 나노튜브(CNT) 사용으로 달성됩니다. 이는 카본 블랙이나 흑연 같은 기존 정전기 방지 첨가제 대비 결정적인 이점을 제공합니다.

로봇 및 조립 응용을 위한 경량 CFRP 그리퍼 시스템

아우디 AG, CTC GmbH(에어버스 자회사), 에어버스 오퍼레이션즈 GmbH, 헬무트 슈미트 대학교 함부르크 제조기술 연구소, 폭스바겐 AG가 5년간의 개발 프로그램을 통해 탄소섬유 복합재로 만든 모듈형 고성능 경량 그리퍼 시스템을 개발했습니다. 이 모듈형 구성 요소 키트는 산업화된 항공우주 및 자동차 생산 및 조립 시스템에 사용될 수 있습니다. 새로운 경량 그리퍼 시스템은 현재 독일 자동차 산업에서 사용 중인 유로 그리퍼 툴링(EGT) 시스템(다양한 알루미늄 또는 강철 프로파일 및 커넥터 요소로 구성)의 요소를 보완하고 부분적으로 대체합니다. 반면 새로운 경량 그리퍼 시스템은 탄소섬유 SMC 커넥터 요소, 복잡한 풀트루전 CFRP 프로파일, 소형 필라멘트 와인딩 CFRP 튜브를 포함합니다.

디펜바허 파이버콘(Fibercon) - 시리즈 생산에서 테이프 레이업의 효율적인 IR 복사 유도 진공 통합

테일러드 블랭크의 통합은 복합재 부품의 높은 기계적 물성을 달성하기 위한 공정 체인의 필수 단계입니다. 파이버콘 통합 시스템은 폴리머 열화를 최소화하면서 드라이 파이버 함침 능력을 보이고 테일러드 블랭크의 기공을 효율적으로 제거합니다. 고온 열가소성 소재도 시스템 변경 없이 가공 가능합니다. 기타 이점으로는 두께 변화가 있는 테일러드 블랭크 통합 가능, 기존 가열/냉각 공정 대비 에너지 소비 절감 등이 있습니다. 자동화된 생산 런에서 테일러드 블랭크를 융점 근처의 높은 온도에서 탈형할 수 있어 잔열을 최종 열성형 공정의 재가열 전력 최소화에 활용할 수 있습니다. 즉, 블랭크 예열 역할을 합니다.

아헨 공과대학(RWTH) 섬유기술연구소(ITA)의 오르가노글라스(OrganoGlas)

오르가노글라스는 투명 소재 분야의 새롭고 파괴적인 개발로, 평면 유리섬유와 투명 매트릭스의 열가소성 섬유 강화 복합재입니다. 저비용, 성형 가능, 고강도, 투명 소재의 생산은 기존 소재를 대체할 뿐만 아니라 새로운 응용 분야를 엽니다. 기존 투명 솔루션 대비 동일 중량에서 현저히 높은 강도를 가지며, 이는 자동차, 항공우주, 건설 산업 응용에서 상응하는 경량화를 가능하게 합니다. 열가소성 매트릭스 덕분에 혁신적인 소재를 재성형 및 용접할 수 있어 투명 FRP 패널의 대량 생산이 가능하며, 이를 원하는 형상으로 성형할 수 있습니다. 이는 현재 솔루션 대비 상당한 비용 우위를 가져오고 투명 소재의 경량화 갭을 해소할 것입니다.

신규 하이브리드 얀: 방적 공정 중 모든 유리 필라멘트 코팅으로 유리 열가소성 섬유 생산

아헨 공과대학 ITA와 파더보른 대학 하이브리드 시스템 경량 설계 연구소(ILH)가 유리섬유/열가소성 복합재 생산을 위한 새로운 공정을 개발했습니다. 연속 섬유 강화 열가소성 복합재(TPC)는 종종 유리섬유 직물에 열가소성 필름을 함침시켜 만드는데, 이 공정에서는 모든 유리 필라멘트가 매트릭스 플라스틱과 결합되지 않습니다. 그 결과 TPC의 경량 잠재력이 완전히 실현되지 않습니다. ITA와 ILH가 선택한 새로운 접근법은 섬유 제조 공정 중에 유리섬유를 열가소성(TP) 매트릭스 소재로 직접 코팅하는 것입니다. 이렇게 하면 섬유의 모든 필라멘트가 개별적으로 코팅되어 유연한 얀 특성이 보존됩니다. 또 다른 장점은 매트릭스 플라스틱이 최종 위치에서 불과 몇 마이크로미터 거리에 있다는 점으로, 현재 최첨단 기술에서는 TP 매트릭스가 수 밀리미터를 흐려야 합니다.

도이치반 ICE 열차 66대 플로어링용 SAERTEX LEO

SAERTEX LEO는 철도 차량 응용 분야에 고성능 방화 보호를 제공하는 최적화된 논크림프 패브릭(NCF) 시스템입니다. 파트너 SMT 몬타게테크닉 및 알란 하퍼 컴포지트와 함께 SAERTEX는 제품을 개발하고 도이치반 ICE 3 열차 66량의 플로어링 패널을 합판 패널에서 LEO 복합재 패널로 성공적으로 교체했습니다. SAERTEX LEO는 경량 구조 잠재력, 높은 하중 지지력, 무독성 할로겐 프리 소재를 제공합니다. SAERTEX LEO 시스템은 새로운 유럽 방화 안전 표준 EN 45545-2를 충족합니다. 또한 SAERTEX LEO 시스템의 구현과 사용은 열차의 건설 및 사용으로 인한 환경 영향을 줄입니다.

모듈식 설계의 고성능 복합재 래디얼 임펠러

드레스덴 공과대학 경량 구조 및 플라스틱 기술 연구소(ILK)가 개발한 금속 부품과 섬유 강화 복합재 구조의 결합을 통한 하이브리드 설계 혁신은 원심 팬의 전력 밀도, 견고성, 수명, 통합도 측면에서 기존 솔루션 대비 상당한 이점을 제공합니다. 미래에는 소량 생산에서도 최대 주변 속도와 경제적 생산이 가능해질 것입니다. AiF 공기 및 건조 기술 연구 협회(FLT)의 '경량 래디얼 임펠러(LeRala)' 연구 프로젝트에서 단순화된 모듈형 탄소섬유 강화 복합재/금속 설계의 래디얼 임펠러가 개발되었고, 초기 하중 테스트에서 최대 회전 하중 하의 구조적 및 파괴 거동에 대한 정보가 생성되었습니다. 단순화된 기능 모델로 이미 10,266rpm에서 주변 속도 543m/s를 달성했습니다. 이러한 높은 주변 속도는 금속 임펠러로는 달성하기 어렵습니다.

첫 시도 성공: 드레이핑 시뮬레이션을 활용한 효율적 공정 개발

보이트 컴포지트는 아우디 A8용 CFRP 리어 월을 시리즈 생산(연간 최대 65,000개)합니다. 이 고하중 구조 부품은 보이트 드라이 다이렉트 파이버 배치 공정(보이트 로빙 어플리케이터, VRA)을 사용하여 생산됩니다. 개발 단계에서 성형 시뮬레이션을 위한 수치적 방법이 개발되어 유한 요소(FE) 솔버 Abaqus/Explicit에서 사용되었습니다. 이 새로운 시뮬레이션 방법은 A8 CFRP 리어 월의 19개 개별 레이어 모두에서 주름, 브리징, 갭 등의 특징이 있는 영역을 정확히 감지하고 다양한 공정 개념과 플랜트 파라미터를 가상 수준에서 테스트하고 정량화할 수 있게 합니다. 소재 특성화와 테스트를 기반으로 보정 및 검증 후, A8 리어 월 공정 개발에 산업적으로 적용 가능한 성숙도에 도달했습니다. 조달 공정 중이나 드레이핑 시뮬레이션을 사용하여 설계 및 제작된 성형 플랜트 시운전 중에 공정 순서나 시뮬레이션 도구에 대한 후속 조정이 필요하지 않았습니다. 시뮬레이션 주도 공정 개발 방법의 사용성은 정성적 평가뿐만 아니라 고성능 산업화 복합재 구조 제조의 개발 및 시리즈 단계에서 성형 공정의 정량적 설계를 위한 퍼스트-타임-라이트(First-time-right) 접근법으로서 성공적으로 입증되었습니다.