[논문자료] 타입 4 복합재 압력용기 라이너의 회전 성형 온도에 따른 저온 특성

출처: 픽사베이

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친환경 수소에너지 및 전기에너지의 전환에서 가장 중요한 요소는 경량화 제품 생산이다. 특히, 적은 에너지로 큰 효율을 만들기 위해서는 소재의 경량화가 요구되며, 이를 통해 연비 및 주행거리 향상 등의 이점을 가지게 된다. 복합재료는 대표적인 경량화 소재로 주목되고 있으며, 수소 압력용기 시장에서는 기존 금속의 대체재로써 복합재 압력용기 개발이 가속화되고 있다. 일반적으로 수소용기는 구조적으로 라이너(liner)와 용기로 구분되며, 각각을 이루 는 구성 재료를 기반으로 Type 1, Type 2, Type 3, Type 4로 분류된다.

 

Type 1 용기는 용기 전체가 금속을 사용하며, Type 2, 3은 금속재 라이너에 각각 유리, 탄소섬유 복합재를 보강한다. 반면에, Type 4는 플라스틱과 같은 비금속 라이너에 탄소섬유를 보강한 형태의 복합재 용기이다. 그중에서도 Type 4 용기는 대형 버스, 트럭, 튜브 트레일러 등 가벼우면서도 높은 체적 및 초고압력이 요구되는 중·대형 용기 시장에서 수요가 해마다 증가하고 있다[1,2]. 특히, Type 4 압력용기에서, 플라스틱 재질의 비금속 라이너는 기밀성이 중요한 품질기준이 되는데, 회전 성형, 사출성형, 블로우 성형 등 라이너 제작 방법에 따라 기밀성, 복합재 용기와의 접 합력 등 성능에 차이를 가진다. 그중에서도 회전 성형 공법 은 이음매가 없는 용기를 제작할 수 있는 유일한 공법이자 중·대형 라이너를 제작하기에 가장 적합한 공법으로 우수성이 알려져 있으나, 다양한 제품에 요구되는 실사용 환경에 대한 공정조건과 구조적 품질에 대한 연관성은 규명된 바가 미비한 실정이다[3]. 따라서, 본 연구에서는 회전 성형공법을 적용하여 Type 4 라이너를 제작하였으며, 극한온도(-40~80o C) 환경에서의 특성 평가를 통해 회전 성형시 온도 조건 변화에 따른 라이너의 저온 특성과 구조적 품질에 대한 평가를 수행하였다. 또한, 회전 성형시 온도 조건의 변화에 따른 성형성과 기계적 특성 변화를 규명하기 위해 고분자 라이너 소재의 용융 범위를 기반으로 한 열 특성을 활용하였다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO202219956486586

 

본 연구에서는 회전 성형시 금형 내부 공정온도 조건에 따른 Type 4 복합재 압력용기 라이너의 성능평가를 수행하였다. 결론은 다음과 같다.

 

(1) RM-S1-280의 공정온도 조건은 과성형을 발생시키고 내부 물성 저하에 근본적인 문제 원인으로 작용했으며, 저온에서의 인장 및 충격 특성이 RM-S2-280/230와 비교하여 낮은 경향을 나타냈다. 이를 통해 RM-S1-280는 폴리아미드에 적합한 공정온도 범위가 아님을 확인했다.

 

(2) RM-S2-280/230는 황색도, 결정화도, 표면 분석을 통해 안정적 구조적 결합 및 조밀한 표면 형성 등 양호한 성형성 확보를 위한 공정온도 조건임을 확보했으며, 상대적으로 높은 결정화도는 강도를 향상하는 데 연관성이 있음을 규명했다.

 

(3) 회전 성형 공정상 공정온도는 고분자의 결합구조를 조밀하게 하고, 안정적인 결합력을 형성하는 등 외부 온도 분위기에 따른 기계적 강도에 미치는 영향성이 큰 요인으로 판단된다.

 

따라서, 향후 고압 저장 용기 등으로의 폴리 아미드 라이너의 적용성 확대 차원에서 최적화 공정조건 확보가 필요로 되며, 더 나아가 기밀성 및 복합재 용기와의 접합력 등에 관한 연구가 수행되어야 할 것으로 고려된다.

 

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CVB시리즈 Pressure Vessel

 

캡 볼트 결합 압력용기 CVB Type은 Teflon 용기의 비스듬한 면을 이용하여 실링되는 압력용기로 주로 화학실험 및 연구목적을 위해 사용됩니다. 연구목적으로 많이 사용되는 압력용기이기 때문에 내화학성과 내구성이 강한 스테인리스 재질로 만들어지며, 부식 방지를 위해 내부 용기 삽입이 가능(O-ring 없는 내부 용기 사용이 가능, Teflon/PEEK/STS liner) 하도록 제작됩니다.

 

또, 노즐 추가 설치, 교반장치 및 온도센서, Port의 크기, 수량 등은 사용자의 이용목적에 따라 옵션으로 추가 구성이 가능하여 원하는 사양으로 주문 제작해 이용할 수 있습니다. CVB 시리즈는 압력 확인이 가능할 수 있도록 별도의 Port를 가지고 있으며 내부 유체 흐름이 가능한 Inlet과 Outlet으로 구성됩니다. 간단한 도구와 적은 힘으로 손쉽게 체결할 수 있어 편리성이 높다는 장점을 지니고 있는 압력용기 중 하나입니다.

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