A-13 강화형 프리프레그

강화 탄소섬유 프레프리그: 동적 하중 조건에서 높은 인성 특성을 요구하는 복합재료를 위한 솔루션

풍력 발전, 신에너지 자동차, 고급 장비와 같이 장기적인 동적 하중을 받는 분야에서 재료의 인성과 피로 저항성은 부품의 수명을 직접적으로 결정한다. 본 강화 탄소섬유 프리프레그는 특수한 강화 수지를 핵심 접착 시스템으로 사용하며, 단방향 탄소섬유 프리프레그와 탄소섬유 직물 프리프레그라는 두 가지 주류 형태를 포괄한다. 수지와 섬유의 효율적인 침투 및 결합을 통해 경화 후 뛰어난 기계적 성질뿐만 아니라 우수한 습열 안정성을 갖추고 있어 장기간의 진동 및 충격과 같은 동적 하중 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있다. 풍력 터빈 블레이드, 자동차 섀시 부품, 고급 기계 구조 부품 등에 강도와 인성이 균형을 이룬 소재 선택지를 제공함으로써, 기존의 높은 강성과 낮은 인성 특성을 가진 전통적인 탄소섬유 프리프레그의 성능 한계를 극복한다.

핵심 장점: 회복력의 획기적 향상, 안정적인 성능 및 다양한 상황 적응에 대한 다차원적 보장

1. 특수 강화 수지를 적용하여 소재의 충격 저항성과 피로 저항성을 크게 향상시켰습니다

강화 수지는 이 프리프그의 핵심 기술적 강점입니다. 전통적인 일반 수지와 달리, 본 제품은 '에폭시 수지+코어-쉘 구조 탄성제+유연한 사슬 구조 개질제'의 복합 공식을 채택하여 분자 수준의 설계를 통해 수지의 인성을 최적화합니다. 코어-쉘 구조 탄성제는 수지가 경화된 후 미세한 탄성 입자를 형성할 수 있으며, 재료에 충격이 가해질 때 해당 입자들이 충격 에너지를 흡수하여 균열의 급속한 전파를 방지합니다. 유연한 사슬 구조 개질제는 수지 분자 사슬의 유연성을 높여 장기간 동적 하중 조건에서의 응력 누적을 줄이는 데 기여합니다.

권위 있는 테스트에 따르면, 이 강화 탄소섬유 프레프그의 인성 지수는 중대한 돌파구를 달성했다. 단방향 탄소섬유 프레프그로 제작된 복합재료는 일반 탄소섬유 프레프그 대비 충격 인성이 60% 이상 향상되었으며, 파단 신율은 45% 증가했다. 탄소섬유 직물 프레프그의 전단 인성은 55% 개선되었다. 동적 하중 테스트를 100만 사이클 수행한 후에도 기계적 성능 유지율이 여전히 90%를 초과하여 일반 프레프그의 평균 수준인 75%를 크게 상회한다. 풍력 터빈 블레이드를 예로 들면, 이 강화 프레프그를 사용함으로써 강풍 진동 환경에서 블레이드의 피로 수명이 20년 이상으로 연장되어 기존 소재 대비 30% 높아졌으며, 풍력 발전 장비의 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있다. 동시에 본 제품은 밀도를 엄격하게 최소 5% 이상으로 관리하여 섬유와 수지의 균일한 분포를 보장하고 국부적인 밀도 부족으로 인한 취약한 인성 지점이 발생하는 것을 방지한다.

2. 이중 형태의 제품 커버리지로, 다양한 동적 하중 시나리오의 응력 요구 조건에 적합

제품 라인에는 일방향 탄소섬유 프레프그와 탄소섬유 직물 프레프그가 포함되어 있으며, 다양한 부품의 응력 특성 및 동적 하중 유형에 따라 유연하게 선택할 수 있어 '수요 기반 매칭'이라는 성능상의 이점을 실현할 수 있습니다.

• 유니디렉셔널 카본 파이버 프리프레그: 높은 직진성을 가진 탄소섬유 단방향 배열을 채택하여 섬유 방향 일치율이 99.5% 이상이며, 축 방향 동적 하중 조건에서 뛰어난 성능을 발휘합니다. 풍력 터빈 블레이드의 주보, 신에너지 차량의 섀시 종량재, 고급 공작기계의 전동축과 같이 장기간 인장 및 굽힘 진동에 견딜 수 있는 부품에 적합합니다. 축 방향 피로 저항 성능이 뛰어나며, 10Hz의 고주파 진동 환경에서 5000시간 연속 운전 시에도 성능 저하가 거의 없어 동적 하중 조건에서의 구조적 안정성 요구사항을 충족합니다.
• 탄소섬유 원단 프리프그: 평직 및 능직 원단을 기반으로 하여 뛰어난 면내 등방성 특성과 다방향 충격 및 전단 진동에 대한 강화된 저항성을 갖습니다. 신에너지차 배터리 팩의 충돌 보강재, 고급 장비의 연결 부속, 풍력 터빈 블레이드의 근부 부품과 같이 복잡한 형상을 가지며 비균일 동적 하중을 받는 부품에 적합합니다. 원단 구조는 프레프레그의 응력 분산을 개선시키며, 국부적인 충격이 가해질 경우 에너지를 즉시 전체 원단 표면으로 전달하여 국부 파손을 방지하고 부품의 파손 저항성을 향상시킵니다.

두 가지 형태의 프레프레그를 조합하여 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 풍력 터빈 블레이드의 경우 '단방향 프레프레그(주보, 축 방향 진동 방지) + 원단 프레프레그(블레이드 근부, 전단 충격 방지)'와 같은 설계를 채택함으로써 각각의 부위에서 요구되는 동적 하중 조건을 고려하면서 재료 성능을 극대화할 수 있습니다.

3. 우수한 젖은 상태 및 고온 안정성으로 복잡한 운행 환경에 적합

동적 하중 상황은 종종 고온다습 및 높고 낮은 온도가 반복되는 복잡한 환경을 동반합니다. 기존의 탄소섬유 프리프레그는 수지의 수분 흡수, 열팽창 및 수축으로 인해 계면 파손이 발생하기 쉬우며, 이로 인해 인성과 기계적 특성이 저하될 수 있습니다. 반면 본 강화형 탄소섬유 프리프레그는 수지 배합 최적화와 침투 공정 개선을 통해 우수한 습열 안정성을 갖추고 있습니다. 강화 수지에 추가된 소수성 성분은 수분 흡수율을 줄일 수 있습니다. 85℃, 상대습도 85%의 습열 환경에서 1000시간 동안 침지 후에도 수분 흡수율이 여전히 1.5% 미만으로, 일반 프리프레그의 업계 평균인 3%보다 훨씬 낮습니다. 동시에 수지와 탄소섬유 사이의 계면 접착 강도가 25% 향상되어 온도 변화로 인한 계면 박리 현상을 효과적으로 억제할 수 있습니다.

실제 응용에서 이러한 성능상의 이점은 특히 중요하다: 신에너지차량의 섀시 부품에 사용할 경우 -40℃~120℃의 극한 온도 사이클을 견딜 수 있으며, 비나 눈, 습기가 많은 환경에서도 안정성과 인성을 유지한다. 해상 풍력 터빈 블레이드에 사용할 경우 고염분 분무 및 고습도 환경의 침식에 저항하여 습열 노화로 인한 블레이드 인성 저하를 방지할 수 있다. 시험 결과, 일반 프리프레그 대비 습열 환경에서 제품의 동적 피로 수명이 40% 향상되어 부품의 전체 수명 주기 동안 성능 신뢰성을 보장한다.

4. 대규모 생산 수요를 충족시키는 성숙한 공정 적응성

뛰어난 성능 이점을 지녔음에도 불구하고, 이 강화 탄소섬유 프리프레그는 우수한 공정 호환성을 유지하며 열가압 성형, 압축 성형, 진공백 성형과 같은 주류 복합재 제조 공정과 호환됩니다. 기업 측에서 추가적인 장비 개조가 필요하지 않아 생산 장벽을 낮출 수 있습니다.

• 열가압 성형: 항공우주 부품과 같이 정밀도와 성능 요구 사양이 극도로 높은 고급 부품에 적합하며, 균일한 압력(0.8~1.5MPa)과 온도(120~150℃)로 제어되어 강화 수지가 섬유에 완전히 침투합니다. 성형된 부품의 인성 균일도는 98% 이상에 달해 국부적인 성능 차이가 없습니다.
• 압축형조: 신에너지 자동차 및 풍력 발전과 같은 대규모 생산 시나리오에 적합하며, 성형 효율이 높고 단일 배치 생산 시간을 40~60분 이내로 제어할 수 있습니다. 압축 성형 공정을 통해 부품 크기를 정확하게 제어하여 후속 가공 공정을 줄이고 생산 비용을 낮출 수 있습니다.
• 진공 백 성형: 15미터 이상의 풍력 터빈 블레이드와 같은 대형 부품에 적합하며, 진공 음압을 통해 수지 흐름과 배기를 실현함으로써 핫프레스 탱크 기술 대비 성형 비용을 35% 절감하면서도 강화 수지의 완전한 성능을 보장합니다.

또한 본 제품은 우수한 저장 안정성을 가지며, -18℃의 저온 환경에서 6개월 이상 보관이 가능합니다. 보관 후 꺼내어 별도의 장시간 예열 과정 없이 바로 생산에 투입할 수 있어 생산 대기 시간을 단축하고 산업용 대량 생산의 속도에 적응할 수 있습니다.

5. 차별화된 설계를 통한 시장 경쟁 장벽 구축

한편으로는 수지 배합, 섬유 선택 및 강성 향상 공정에서 차별화된 혁신을 실현하고 있으며, 예를 들어 독자적으로 개발한 코어-쉘 구조의 충격 흡수제는 인성과 강성을 정밀하게 균형 있게 조절하여 업계의 '충격 흡수성을 높이면 반드시 강성이 저하된다'는 문제점을 해결함으로써, 제품이 인성을 향상시키는 동시에 축 방향 인장 강도를 1750MPa 이상 유지할 수 있도록 한다.

반면에, 고객의 요구에 따라 강화 수준("중간 강화"에서 "고강화"까지 맞춤 설정 가능), 섬유 표면 밀도(100~800g/㎡ 전체 커버리지), 수지 함량(35%~50% 조절 가능)을 조정할 수 있는 유연한 맞춤형 서비스를 제공하여 다양한 동적 하중 상황의 개인화된 요구를 충족시킵니다. 예를 들어, 신에너지 자동차의 충돌 방지 빔 수요에 대응하여 "고충격 인성" 단방향 탄소섬유 프리프레그를 맞춤 제작할 수 있으며, 풍력 터빈 블레이드의 수요에 대응하여 시장 내 동질화 경쟁으로 인한 압력을 피하기 위해 "고습열 안정성 강화" 탄소섬유 원단 프리프레그를 맞춤 제작할 수 있습니다.