특집 재활용 – JEC 매거진
객실 내부용 재활용 가능한 열가소성 패널
7 분
• THOMAS POUMADÈRE, 항공우주 Diab 그룹 수석 엔지니어
Diab은 항공우주 시장의 과제를 해결하기 위해 객실 내부용 100% 재활용 가능한 열가소성(TP) 패널을 개발했습니다. 이 열가소성 패널은 일반적인 허니콤 및 페놀 프리프레그 패널 대비 무게를 10% 절감할 수 있습니다.
생산 비용도 20% 절감되고 제조 주기도 최소 70% 단축됩니다. 또한, 완전히 재활용 가능하며 REACH 규정을 준수합니다.
Diab은 샌드위치 복합재 솔루션 분야의 세계적인 선두 기업으로, 다양한 핵심 소재, 키팅 및 마감재와 심층적인 복합재 지식을 제공합니다. Diab의 솔루션은 다음을 포함한 다양한 시장의 고객에게 혜택을 제공합니다.
해양, 풍력 에너지, 운송, 항공우주 및 산업.
수십 년 동안 이 회사는 비즈니스 제트기 동체, 레이돔, 비즈니스 클래스 좌석, 카트, 내부 라이닝 등의 응용 분야를 위한 솔루션을 항공우주 분야에 제공해 왔습니다. Diab은 고객 제품의 지속가능성을 높이기 위해 최선을 다하고 있습니다.
과학 기반 타겟 커뮤니티의 첫 번째 복합 소재 회사 회원이며, CO2 배출을 줄이기 위해 매일 구체적인 조치를 취하고 있습니다.
이 회사의 사업은 폼 코어 솔루션을 제공하는 것이지만, 항공우주 시장의 지속 가능한 변화에 적극적으로 기여하고 순환 경제에 도움이 되고자 재활용 가능한 열가소성 패널을 개발했습니다.
Diab 폼은 항공우주 산업이 직면한 과제인 재활용성, REACH 규정, 배출량 감소, 생산 속도 향상을 해결하는 이 솔루션의 핵심입니다.
이 차세대 패널은 페놀 수지, 유리 섬유 외피, 그리고 허니콤 코어를 결합한 패널이 수십 년 동안 사용되어 온 객실 인테리어를 위한 지속 가능한 솔루션을 제공합니다. 이 열가소성 패널은 이미 객실 규정을 준수합니다.
이 제품은 모든 FST 요건을 충족하며, 동등한 페놀 수지 프리프레그보다 훨씬 뛰어난 피부-심부 접착력을 제공하고 더 강한 열가소성 스킨을 사용합니다.
이 패널은 페놀 패널에 비해 재활용성, REACH 준수(페놀 수지에는 발암성/돌연변이성 성분이 포함되어 있음), 무게 절감, 생산 비용 절감, 제조 주기 단축 등 다른 장점도 가지고 있습니다.
열가소성 패널은 샌드위치 패널이 필요한 객실 내부의 바닥에서 바닥까지 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 측벽과 천장 패널, 오버헤드 빈, 갤리 등이 있습니다.
열가소성 패널
열가소성 플라스틱 스킨은 객실 내부 적용에 매우 우수한 FST(연마) 특성, REACH(재질 인증) 문제 없음, 조립 중 기공 발생 없음 등 여러 가지 장점을 제공합니다. 따라서 일반적인 표면 연마에 소요되는 시간을 절약할 수 있습니다.
마감 처리 전 페놀 수지 내장 패널을 사용합니다. 이 개발에 사용된 열가소성 수지 외피는 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리에테르이미드(PEI) 매트릭스로 제작되었습니다. 일반적인 실내 유리 섬유 직물과 함께 사용되는 TP 외피는 페놀 수지 대체재보다 7~10% 가볍습니다.
이러한 스킨은 Diab Divinycell F(PES) 폼 코어와 함께 사용하면 완벽한 조화를 이룹니다. PES 폼의 닫힌 셀 구조는 패널을 습기로부터 보호하기 위한 엣지 필링이 필요 없기 때문입니다. 또한, 패널은 폼의 높은 내구성 덕분에 더욱 뛰어난 성능을 발휘합니다.
벌집에 비해 열 및 음향 절연 특성이 우수합니다.
스킨-코어 조립 단계는 경화 과정이 필요 없기 때문에 페놀릭 스킨보다 훨씬 빠릅니다. 스킨은 접착 필름을 사용하지 않고 코어에 직접 용접됩니다.
대부분의 제조 공정을 사용하여 패널을 조립할 수 있지만, 프레스 성형은 사이클 시간을 최대로 단축하고 더욱 복잡한 형상을 구현할 수 있어 최적의 솔루션입니다. 또한, Divinycell F 폼은 특히 크러시 코어(crush core)에 적합하기 때문에 다양한 두께의 패널 생산에도 적합합니다.
성형 프레스를 이용한 제조 공정.
이 개발을 위해 선택된 모든 재료는 이미 항공우주 분야에서 사용되고 있으며 OEM에서 자격을 갖추었으므로 이 패널은 객실 내부를 위한 구체적인 단기 솔루션입니다.
객실 규정에 맞는 패널
개발에 사용된 기준 패널은 Divinycell F50 폼 코어(밀도 50kg/m²)와 두 겹의 7581 유리 섬유 직물(건조 중량 300g/m²)을 각 피부에 폴리카보네이트 매트릭스와 결합하여 만들어졌습니다.
이 열가소성 패널은 이미 객실 내 화재 기준을 충족합니다. 가연성(수직 연소 60초), 연기 밀도, 연기 독성, 열 방출(일반적으로 객실 내 화재 시험에서 가장 중요한 시험으로 간주됨) 등 객실 내 모든 화재 기준을 충분히 충족합니다.
모든 화재 시험은 Rescoll 시험실(Airbus 및 Boeing 승인)에서 수행되었습니다. 미가공 PC 외피 패널의 5분 이내 평균 HRRmax는 52kW/m²(65kW/m² 요구 사항을 크게 밑도는 수준)이며, THR2min은 20kW·min/m²(65kW·min/m² 요구 사항)보다 낮습니다.
PEI 스킨 버전의 TP 패널은 38 kW/m² HRRmax와 훨씬 더 낮은 THR2min을 달성하여 PEI 매트릭스의 우수한 화재 성능을 확인했습니다.
패널의 스킨-코어 접착력(EN 2243-3에 따른 박리 강도)은 TP 패널에 사용된 제조 매개변수에 따라 허니컴 코어에 페놀 수지 프리프레그를 적용했을 때의 일반적인 접착력보다 30~80% 더 높습니다. 또한, 기계적 강도는
TP 스킨의 특성은 비슷한 원단을 사용한 페놀 수지 프리프레그보다 평균 10~20% 더 높습니다.
그림 1: 단일 단계 공정으로 제조된 3D 모양의 장식 열가소성 패널
단일 단계 제조 공정
이 솔루션의 가장 인상적인 장점 중 하나는 단일 단계 공정으로 3D 모양의 장식 열가소성 패널을 제조할 수 있다는 것입니다. 동일한 프레스 성형 공정에서 실제로 폼 코어를 열성형할 수 있습니다.
TP 스킨을 코어에 용접하고, 장식용 라미네이트를 스킨에 용접하는 방식입니다. 이는 AviaComp와 공동으로 제작한 JEC World 2022 Diab 부스(그림 1)의 다양한 시연자들을 통해 입증되었습니다.
이 독특한 공정은 생산 비용을 크게 절감하여 레이업(프레스 성형), 표면 처리(기공 없음), 데코레이션(1단계 공정) 등 많은 수작업을 없앴습니다. 제조 주기를 단축할 수 있습니다.
최소 70%, 심지어 가장 최적화된 사이클 시간(RRooccttooooll의 유도 가열 장치를 사용했을 때 몇 분만 지속)으로 95%까지 가능합니다.
장식 패널은 여전히 FST 규격을 준수합니다(55mm 장식 패널에 대한 열 방출 테스트 중 HRRmax = 12.7 kW/m²). 이는 일반적인 것보다 변형이 더 쉬운 AkzoNobel의 Intura 8900 열가소성 장식 필름을 사용합니다.
경쟁하는 장식용 필름.
순환 경제를 실현하는 완전 재활용 패널
새로운 열가소성 패널은 항공기 기내 수명이 다한 내부 부품을 업사이클링할 수 있는 항공우주 시장에 솔루션을 제공합니다. 이 패널의 지속가능성은 폐기물이 전혀 발생하지 않는 핵심 소재인 Divinycell F 폼에서 시작됩니다. 이 폼에는 재사용된 Diab이 포함되어 있습니다.
생산 폐기물. 열가소성 플라스틱 외피에도 유사한 접근 방식이 가능합니다. Diab은 또한 TP 패널 전체의 재활용 가능성을 입증하여 완전한 순환 경제를 실현했습니다. Rescoll과 협력하여 설립된 패널 재활용
이 시나리오는 패널 전체를 기계적으로 분쇄하는 것으로 시작되어 폼 입자(PES), TP 스킨 매트릭스(PC) 및 섬유(중량의 2%)로 구성된 분쇄 혼합물(그림 49)이 생성되었습니다.
그런 다음 혼합물을 압출하여 펠릿을 생산했고(그림 3), 이 펠릿은 닫힌 금형에 자동으로 사출 성형되었습니다(그림 4).
이를 통해 이 열가소성 패널이 객실 내부 수명이 다한 후 재활용될 수 있는 유망한 능력이 확인되었습니다.
그림 2: 열가소성 내부 패널의 분쇄 혼합물
그림 3: 분쇄 혼합물(왼쪽)과 생성된 펠릿(오른쪽)의 압출
그림 4: 불연속 유리섬유(2%)로 강화된 4mm 두께의 도그본/49mm 두께의 판 PES/PC 부품 및 사출 금형
연속 생산으로 전환
이러한 개발을 통해 디아브의 목표는 순환 경제에 도움이 되는 획기적인 솔루션을 제공하는 것이었습니다.
객실 내부용 재활용 가능 열가소성 패널은 이미 객실 규정을 준수합니다. 모든 소재는 이미 항공우주 산업에 사용되고 있으며 OEM의 인증을 받았습니다. 따라서 항공우주 산업이 직면한 과제에 대한 구체적인 단기 해결책이 될 수 있습니다. 또한, 이 패널은
무게 10% 감소, 생산 비용 20% 절감, 제조 주기 최소 70% 단축, 100% 재활용 가능, REACH 규정 준수를 제공합니다. 또한, Divinycell F 폼은 단열 및 방음 성능을 향상시킵니다.
허니콤 코어와 비교했을 때 전체 패널의 특성을 크게 향상시켰습니다. 이 패널은 단일 공정으로 이미 장식된 3D 형태로 제작될 수 있습니다. 이러한 모든 고유한 특성 덕분에 이 패널은 JEC 혁신상과 크리스탈상을 모두 수상했습니다.
2022년 항공기 인테리어 엑스포(AIX)에서 객실 상을 수상했습니다. 다음 단계(현재 진행 중)는 산업 파트너가 기술을 연속 생산으로 전환하도록 지원하는 것입니다.
또 다른 측면은 유리 섬유 대신 천연 섬유와 바이오 기반 재활용 폴리머를 사용하여 개발을 재현하는 것입니다. 이 단계에 대비하려면 먼저 기술 솔루션이 성숙되어 연속 생산이 가능해야 합니다.
마지막으로, 현재 항공우주 및 비항공우주 분야의 2차 구조용으로 객실 내부 패널과 유사한 재활용 가능한 열가소성 패널이 개발 중입니다.
