• 본 특허는 복합재료를 혼용 적층하여 제작된 모노코크(Monocoque) 형태의 일체형 접이식 날개를 제작하는 기술임

* 모노코크(Monocoque) : 별도의 뼈대 없이 외피만으로 이루어진 구조

• 본 특허는 일체형 접이식 날개와 유사한 구조물이 필요한 분야에 적용 가능

∨중소형 무인 비행체 날개, 동체 구조    ∨접이식 자전거 프레임 등 스포츠, 레저 분야

∨회전익기 블레이드

< 비행체의 날개 >

• 경량 및 저비용 기체구조를 제작하기 위해 복합재를 이용해서 일체형 기체구조로 설계하고 제작할 수 있는 기술이 필요함

• 동체에 단순하게 조립되어 고정되는 것이 아니라 접이식으로 보관되고, 운용개념에 따라 적절하게 날개의 위치를 변경할 수 있음

• 본 특허의 복합재료를 이용한 모노코크 형태의 일체형 접이식 날개는 아래 그림과 같이 제 1 몸체부와, 제 1 몸체부의 다른 한 쪽 끝에 연결된 제 2 몸체부로 구성되며 지지부와 스킨이 하나로 되어 있는 모노코크 형태임

• 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개를 제조하는 방법은 아래 단계에 따라 진행됨

• 탈형 몰드와 지지부 몰드를 제작하고, 탈형 몰드와 지지부 몰드를 연결해 내부형상 몰드로 조립함

• 이후 날개 스킨층은 일방향 프리프레그와 직물형 프리프레그를 혼용하여 적층하고 오토클레이브 공정을 이용하여 성형되는데 여기서 프리프레그는 강화재인 섬유와 기지재인 수지를 일정한 비율로 섞어 놓은 시트 형태의 중간재임

• 날개 스킨층이 경화되면 탈형 몰드를 제거한 후 날개의 양측면을 가공하며, 마지막으로 회전축 및 회전 방지용 핀을 설치하고 상대물과 조립하면 일체형 접이식 날개 제조 공정이 종료됨

< 일체형 접이식 날개의 평면도 >

• 항공용 복합재료의 강화재인 탄소섬유는 개발 초기에는 낮은 생산성과 높은 생산단가로 응용 및 활용에 제한이 있었으나, 공정 기술의 개발로 생산성이 증가하고 생산단가가 감소됨에 따라 수요량이 급격하게 증가하고 있음

• 강화재와 기지재의 경우 개발 초기에는 항공용 금속재료의 물성과 동등한 수준을 가지는 것을 목표로 하였으나 최근에는 점차적으로 금속재료를 대체하게 됨에 따라 제조시간의 단축 등 기존 기술의 단점을 극복하는 방향으로 진행되고 있는 추세임

• 열경화성인 에폭시 수지를 매트릭스로 사용하기 때문에 제조시간이 긴 단점을 극복하기 위하여 속경화 방법에 관한 연구들이 진행되고 있으며 낙뢰방지등의 기능을 도입하기 위하여 나노입자를 매트릭스에 적용하고 있음

• 또한 재활용이 불가능한 열경화성 수지가 환경 문제를 야기할 수 있으므로 고내열 열가소성 수지를 항공용 복합재료의 매트릭스에 적용하는 연구도 진행되고 있음

< 세계 탄소섬유 복합소재 시장 전망 >

• 복합재료는 기존의 금속재료와 비교하여 무게 대비 강도 및 강성, 경량성, 내충격성, 내화학성, 내부식성, 부품 일체화로 인한 제작의 용이성 등이 뛰어나 소재로서 각광을 받고 있음

• 특히 탄소섬유는 경량화를 선도하는 재료이므로 10%의 중량이 감소되면 6~7%의 연료 절감 효과가 있어 이산화탄소 저감과 연비 개선을 위한 경량화 목적으로 항공, 우주, 자동차 관련 시장에서 적극 도입되고 있으며 2020년 약 208,000톤 규모의 시장이 될 것으로 전망됨

• 따라서, 복합재료를 이용한 접이식 날개 기술을 적용하면 항공기와 자동차의 구조체 분야에서 지속적인 연구가 진행될 것으로 예상되며, 스포츠/의료용 신체 보호장비 및

접이식 자전거, 휴대용 전자기기 보호구 등 경량 폴딩 제품 생산에도 활용할 수 있을것으로 기대됨

< 주요 용도별 세계 탄소섬유 수요 현황 및 전망 >