일반기술

중공원판형(HDW) 직물의 구조설계와 제조기술

최근 모든 산업분야에서 에너지 절감을 목적으로 재료의 경량화가 중요하여 비강도와 비강성이 탁월한 고성능 복합재료가 기존의 재료들을 대체하여 이용되고 있다. 특히, 항공기의 disk-brake, turbine blade 등 그 응용 분야가 확대되어 가고 있는데 이러한 용도에는 특히, 재료의 축대칭 물성이 요구된다. 기존의 섬유구조를 이용한 복합재료는 축대칭 물성을 얻기 어려우므로 새로운 원판형 직물구조를 설계하여 제직하여야 한다. 원판형 직물은 반경 방향의 경사와 원주 방향의 위사가 존재하기 때문에 기존의 직교 직물을 이용할 때보다 훨씬 우수한 축대칭 물성을 얻을 수 있으며 또한 원판형, 원추형 및 원통형 등 다양한 형태의 직물의 제직이 가능하다.본 기술개발에서는 중공 원판형 직물을 제직할 수 있는 직기를 개발하였으며 직기는 바디가 없는 대신 shuttle이 방사상의 종광에 고정된 경사 사이를 회전하면서 그 장력에 의해 제직된다. 직물은 반경에 따라 위, 경사 간격이 변하기 때문에 cover factor, volume fraction이 변하고 이 직물을 preform으로 한 복합재의 물성 또한 반경에 따라 다르게 된다. 위/경사의 밀도, 위/경사의 간격, 위/경사의 장력, 직기의 회전장력 등을 고려하여 최대 제직성을 갖는 직물을 제조하였다. 또한, 원판직물의 3차원적인 구조를 기하학적으로 묘사하였고 그 결과를 실험결과와 비교하였으며, 최종적으로는 원판형 직물을 preform으로 한 복합재의 구조물성을 예측하였다. 개발된 원판형 직물의 응용분야는 특수 형태의 축대칭 특성을 갖는 섬유제품의 개발을 가능하게하고 고성능섬유 복합재료의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 수입 의존도가 높은 speaker cone, disk-brake, turbine blade 등의 제품으로 활용가능하며 이러한 일체형 원판직물의 제직기술은 고부가가치 섬유제품의 국산화 및 수출경쟁력을 가질 수 있다.