초록 ▼

핵심기술
○ 슈퍼섬유로 알려진 탄소섬유와 기지재 재질인 수지를 이용한 matrix Fiber를 균일하게 혼합하는 commingled Fiber(혼합사) 제조 장치를 개발한다. 또한, 혼합사와 얇고 넓게 탄소섬유를 펼치는 spreading 장치와 열가소성 필름으로 즉, [ (혼합사 + 탄소섬유) + (열가소성 필름)]을 고온고압에서 함침 시켜 일방향(UD) Prepreg 를 생산하는 UD Prepreg 생산 시스템 개발

○ 일방향 Prepreg 를 규정된 방향으로 배열 및 적층하여 다층의 Prepreg 형태로 구성하

핵심기술
○ 슈퍼섬유로 알려진 탄소섬유와 기지재 재질인 수지를 이용한 matrix Fiber를 균일하게 혼합하는 commingled Fiber(혼합사) 제조 장치를 개발한다. 또한, 혼합사와 얇고 넓게 탄소섬유를 펼치는 spreading 장치와 열가소성 필름으로 즉, [ (혼합사 + 탄소섬유) + (열가소성 필름)]을 고온고압에서 함침 시켜 일방향(UD) Prepreg 를 생산하는 UD Prepreg 생산 시스템 개발

○ 일방향 Prepreg 를 규정된 방향으로 배열 및 적층하여 다층의 Prepreg 형태로 구성하는 다층 Prepreg 생산 시스템 개발

최종목표
○ 하이브리드 commingled Fiber 및 열가소성 일방향 프리프레그를 이용한 수지함량 편차가 ± 2 % 이내인 5축/5층의 다층 프리프레그 생산시스템 개발

개발내용 및 결과
○ 섬유 체적율 75 % 이상의 하이브리드 Commingled Fiber(혼합사) 제조 시스템 개발
▷ 3K ~ 24K 탄소섬유의 혼사가 가능한 Air Texturing 설비 개발
▷ 섬유 체적율 75 % 이상의 하이브리드 혼합사 제조 시스템 개발
▷ 하이브리드 혼합사 UD(일방향, Uni-Directional)/Fabric Sheet 연속 함침 설비 개발

○ Multi-spreading을 통한 단위면적당 중량 80g 이하인 열가소성 일방향 프리프레그 생산 시스템 개발
▷ 12K 탄소섬유 폭 20 mm spreading 장치 개발
▷ 생산 속도 1.2 m/min 의 Multi-spreading 장치 개발
▷ 폭 1,000 mm의 일방향 열가소성 수지 필름 함침 장치 개발
▷ 수지함량 편차 ± 2 % 이내이며, 함침부 최대온도 400℃ 인 일방향 프리프레그 생산 시스템 개발

○ 수지함량 편차 ± 2% 이내인 5축/5층의 다층 프리프레그 생산 시스템 개발
▷ 제단 좌우편차 ± 1mm 이내, 제단 이송속도 2 m/min를 만족하는 UD Prepreg 제단 장치 개발
▷ 일방향 Prepreg 공급장치 및 5축/5층의 Prepreg 배열장치 개발
▷ Pre-Heating 장치 및 350℃ 이상의 Laminating 장치 개발
▷ (Prepreg 공급)-(Prepreg 제단)-(Prepreg 배열)-(Prepreg 위치 고정)-(다층 Prepreg 라미네이팅) 전 공정 제어 시스템 개발

기술개발 배경
○ 스포츠/레저 분야 및 자동차 등 수송기기 산업분야에서 요구되고 있는 고성능 경량화 트렌드를 추구하기 위해서는 독자적인 프리프레그 생산기술을 확보하지 않고서는 제품 경쟁력을 확보할 수 없다.

○ 특히 수송기기 분야의 경우 이산화탄소 감축, 연비 향상을 위한 경량화에 대한 요구가 2020년까지 단계적으로 설정되어 있는 상황에서 프리프레그 생산시스템에 대한 원천기술 확보가 시급하다.

○ 슈퍼섬유 소재기술과 이를 응용한 용도개발 기술은 선진국과 대등한 수준까지 발전하였다.

○ 국내의 프리프레그 생산기술은 거의 전량 선진국으로부터 수입된 장비에 의존하고 있으며, 자체 보유한 현재 기술적인 개념과 응용수준에 머물러 있어 본 과제를 통해 수입 장비를 대체 하기 위함

핵심개발 기술의 의의
○ 섬유 체적율 75 % 이상의 하이브리드 Commingled Fiber(혼합사) 제조 시스템 개발
▷ 3K ~ 24K 탄소섬유의 혼사가 가능한 Air Texturing 설비 개발
▷ 섬유 체적율 75 % 이상의 하이브리드 혼합사 제조 시스템 개발
▷ 하이브리드 혼합사 UD(일방향, Uni-Directional)/Fabric Sheet 연속 함침 설비 개발

○ Multi-spreading을 통한 단위면적당 중량 80g 이하인 열가소성 일방향 프리프레그 생산 시스템 개발
▷ 12K 탄소섬유 폭 20mm Spreading 장치 개발
▷ 생산 속도 1.2m/min 의 Multi-spreading 장치 개발
▷ 폭 1,000mm의 일방향 열가소성 수지 필름 함침 장치 개발
▷ 수지함량 편차 ± 2% 이내이며, 함침부 최대온도 400℃인 일방향 프리프레그 생산 시스템 개발

○ 수지함량 편차 ± 2% 이내인 5축/5층의 다층 프리프레그 생산 시스템 개발
▷ 제단 좌우편차 ± 1mm 이내, 제단 이송속도 2m/min를 만족하는 UD Prepreg 제단 장치 개발
▷ 일방향 Prepreg 공급장치 및 5축/5층의 Prepreg 배열장치 개발
▷ Pre-Heating 장치 및 350℃ 이상의 Laminating 장치 개발
▷ (Prepreg 공급)-(Prepreg 제단)-(Prepreg 배열)-(Prepreg 위치고정)-(다층 Prepreg 라미네 이팅) 전 공정 제어 시스템 개발

○ 본 과제를 통해 개발 된 장비는 5축/5층까지 가능한 장비로써 90% 이상의 국산화 개발을 하였으며 전량 수입되고 있는 장비를 대체 가능하며 역으로 수출 가능하다.

적용 분야
○ 프리프레그를 이용하여 생산된 복합재료는 타 재료에 비해 비강도 (Specific Strength), 비강성(Specific Stiffness), 내식성(Corrosion Resistance), 피로수명(Fatigue), 내마모성(Wear Resistance), 내충격성(Impact Resistance), 경량화(Weight Reduction) 등의 다양한 특성을 개선할 수 있게 되므로 우주항공산업, 스포츠·레저용품 및 수송기계 분야 등 다양하게 활용되고 있다.

(출처 : 최종보고서 초록 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 15
• 목차 ... 22
• 제 1 장 서론 ... 23
• 제 1 절 과제의 개요 ... 23
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 26
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 26
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 33
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 36
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 365
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 366
• 제 3 장 결과 ... 370
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 370
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 370
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 373
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 376
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 381
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 386
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 387
• 제 4 장 사업화 계획 ... 388
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 388
• 제 2 절 사업화 계획 ... 392
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 399
• 끝페이지 ... 400