• 본 특허는 복합재료를 격자패턴으로 적층/성형하여 타일 안테나의 배열을 위한 하부지지 구조물로 사용될 수 있는 충분한 경량 및 고강성을 갖는 적층형 격자패널 및 이의 제조방법에 관한 기술임

• 본 특허는 복합재료를 격자패턴으로 적층한 격자패널 기술로 경량과 고강성을 동시에 요구하는 구조물에 적용 가능함

∨초고층 빌딩, 돔 구조물의 구조 부재            ∨차량, 선박, 철도 부품의 자체 경량화를 위한 복합재 활용 부품

∨무인 이동체의 모빌리티 분야 동체 구조

< 건축 구조물의 구조 부재 >                                              < 차량 경량화를 위한 복합재 부품 >

• 격자구조의 설계 자유도를 높이기 위해 격자패턴의 복합재료를 적층하여 설계 자유도를 높이고 적용대상의 형상에 적극 대응하는 기술의 개발이 필요함

• 프리프레그 상태의 복합재료를 격자패턴으로 적층 후 성형하여 높은 설계자유도뿐만 아니라 충분한 경량과 고강성을 갖는 적층형 격자패널을 제조할 수 있음

• 본 특허에 따른 격자패널 제조방법은 아래 그림과 같이 몰드제조단계, 프리프레그 준비 및 재단단계, 제 1적층단계, 제 2적층단계 및 성형단계로 구성됨

• 몰드제조단계에서는 패널면 위에 격자 패턴의 적층홈으로 나누어진 다수의 블록을 갖는 몰드를 제작하며, 적층홈의 상단 모서리부분이 기 설정된 곡률을 갖도록 제작됨

• 준비단계에서는 몰드에 적층하기 위한 원소재를 수지에 예비 함침하여 프리프레그를 준비하고, 재단단계에서는 프리프레그를 몰드의 적층홈 형상에 알맞도록 격자 패턴으로 재단하여 소재의 손실을 최소화하는 격자형 프리프레그를 제작함

• 제1 적층단계는 격자형 프리프레그를 기 설정된 적층 갯수마다 진공상태에서 압착하여 몰드의 적층홈에 적층하는 단계이며, 제2 적층단계는 격자형 프리프레그 위에 프리압착단계를 포함하고 프레그를 순차적으로 적층하는 단계임

• 마지막으로 프리프레그를 기 설정된 온도 및 압력으로 성형하여 격자패널을 제작하는 성형단계를 거쳐 격자패널이 제조됨

    < 적층형 격자패널 제작 순서도 > < 적층형 격자패널의 적층 단계 >

• 섬유강화 복합재료는 전구체 섬유의 개발 속도와 고기능화, 경제적인 제조기술의 개발과 함께, 2000℃ 이상의 고온에서 지속적으로 내열성 및 내산화성의 성능을 향상시켜, 우주항공 분야, 원자로/핵융합로 분야, 반도체 제조 및 진공 열처리로 분야에서 기초 재료로 활용되고 있음

• 특히, 복합재료용 강화재 중 30∼50%의 비중을 차지하는 탄소섬유는 철강재로 구성된 구조물에 대체 적용될 경우 중량을 20~50% 정도 줄일 수 있어, 연료 효율이 중요한 요인으로 작용하는 항공우주 및 전기자동차 분야에서 크게 확산되고 있음

• 또한 탄소섬유의 가격이 기술, 공정 혁신을 통해 2030년경 알루미늄의 약 1.3배 이하로 낮춰질 것으로 예상되고 있음

• 탄소섬유 복합재료는 일본의 도레이, 도호테낙스, 미쓰비시 레이온 등의 기업과 미국, 유럽의 졸텍, 에스지엘, 헥셀 등의 기업이 주도하고 있으며, 국내기업으로는 한국카본, 효성첨단소재, SK케미칼에서 탄소섬유 원재료, 직물, 프리프레그를 생산하고 있음

< 새계 복합재료 시장 전망 >

• 세계 복합재료 시장은 연평균 7.40%로 성장하고 있으며, 주요소재별 시장 중 강화재가 전체의 55%를 차지하고 있음

• 국내 복합재료 시장은 연평균 6.26% 성장하여 세계 복합재료시장의 성장률과 비슷한 예측치를 보여주고 있음

• 그 중에서도 탄소섬유 복합재료 산업은 매년 10~15%의 성장률을 유지하고 있는 분야로 항공우주/자동차 분야에서는 에너지 절감을 위한 수송기 경량화용으로 섬유강화 복합재료에 대한 수요가 확대될 것으로 예상됨

• 이미 보잉 787, 에어버스 A350, BMW i3 시리즈 등에 탄소섬유 복합소재가 적용되고 있으며, 건설분야의 경우 주목받고 있는 신규 응용시장으로 건축 및 토목 시설물의 노후화 보수, 내진보강 등 향후 성장 잠재력이 큰 것으로 파악됨

• 탄소섬유 생산 업체들은 항공기 제조 기업, 자동차 기업 등 전략적 제휴를 통해 탄소섬유 복합소재의 응용범위를 확대하고 있으며, 적층형 격자패널 제조 기술의 확대 적용을 통해 이동체 및 무인 모빌리티 분야 뿐만 아니라 풍력발전, 자동차, 철도 및 스포츠 분야, 구조물 등 강성이 필요한 구성 부품을 경량화 할 수 있을 것으로 기대됨