헨켈은 프리프레그와 주입 수지, 필름 접착제, 가공재가 포함되는 록타이트 벤족사진 (Benzoxazine, BZ) 복합제를 출시하였다. 항공우주산업 전용으로 개발된 헨켈의 록타이트 BZ는 제품의 성능과 보관, 가공, 건강 및 안전을 비롯한 분야에서 일반적으로 사용되는 에폭시와 페놀수지류, BMI에 포괄적인 솔루션을 제공한다.
벤족사진 (Benzoxazine) 프리프레그에 대한 헨켈의 최신 응용과 혁신은 다음과 같다:
C919 Tail Cone용 BZ 9704/SM 프리프레그, 첨단 패널, 벨리 페어링.
이에 따라 벤족사진 (Benzoxazine) 프리프레그 자격은 현재 Airbus A380과 Comac C919를 대상으로 진행되고 있으며 전체 재료는 주요 OEM 프로그램과 재료 시스템 기준선에 따라 검사를 받고 있다. 벤족사진 (Benzoxazine)은 일차와 이차 구조 용도를 위해 모든 범위의 서비스 온도와 강도에서 경쟁력을 발휘할 수 있다. 프리프레그 포맷으로 조립 및 공급되는 모든 BZ 프리프레그 시스템은 속건성 접착제를 이용하여 생산되기 때문에 용제가 필요 없다.
뛰어난 화학 안정성
BZ가 고리열림 분자라는 사실은 저온에서 탁월한 잠복성을 유지한다는 것을 의미한다. BZ는 교차결합이나 연쇄반응을 일으키지 않고 실온에서 보관할 수 있기 때문에 냉동 운송과 보관이 필요 없다.
뿐만 아니라 저장수명 안정성도 우수하다. 1년간 열분석을 실시한 결과 BZ 프리프레그 제형은 실온에서 시차주사 열량(DSC) 특성의 변화가 최소화된 것으로 나타났다. 뿐만 아니라 12개월 후에도 층간 전단강도(ILSS)를 유지하고 수지의 유량 특성만 소폭 저하되었다. 이와 유사하게 높은 Tg와 강도가 높은 상태로 반복했을 때 BZ는 9개월간 화학 반응성에서 최소한의 변화를 나타내는 한편 작업장에 30일까지 방치해도 레이업에 적합한 점성과 드레이프를 유지하였다.
재료는 압축에 대한 영향을 최소화하여 6개월간 속성을 90% 유지하며 충격 이후 압축(CAI)에서는 전혀 변화가 없었으며 10개월 후 Tg만 소폭 감소되었다. 뿐만 아니라 BZ의 반응열은 1년 동안 약 10줄/그램 변하는데 그친다. 다양한 시험을 수행해야 하지만 일부 BZ 프리프레그 라미네이트는 저온 보관 시 2년까지 지속될 것으로 예상된다.
동급 기술에 비해 탁월한 품질
BZ는 금속에 비해 우수한 강성도와 강도 중량비를 제공하기 때문에 유연한 설계를 구현하며 중량을 최대 30%까지 절감할 수 있다. 에폭시에 비해 BZ는 탁월한 내화 및 내연 성능을 나타내면서도 비가염 및 가염 독성도 뛰어나기 때문에 각 독소별 ppm 방출 한도는 일반적으로 2% 이하를 유지하고 있다. BZ는 페놀 기술과 달리 미세 균열이나 경화 중 생성되는 수분이 없기 때문에 내구성 개선이라는 편익이 추가된다. BMI는 서비스 온도 면에서 BZ에 비해 일부 우위를 점하고 있지만, BZ는 비용과 가공에 대해 탁월한 우위를 점하기 때문에 전체 오토클레이브 경화 사이클은 단 6시간에 불과하다.
또 다른 장점은 BZ 시스템의 저열 경화가 발열 가능성을 완화한다는 점이다. 전형적 에폭시 프리프레그의 경화열은 210 J/g인데 비해 BZ는 106 J/g에 불과하다. 저열 반응은 경화 주기의 단축과 두꺼운 부품과 얇은 부품 사이의 일관성을 보장한다.
아울러 BZ 시스템의 수분흡수율은 0.7~0.9%인데 비해 전형적인 강화 에폭시 시스템은 3%에 이른다. 즉, 장기적으로 BZ가 흡수하는 중량이 감소되기 때문에 고온/습윤 성능이 개선된다는 것을 의미한다.
BZ는 일차 구조 에폭시에 비해 유리하다. 또한 진공백 경화 전용 Out of Autoclave의 비용도 절감할 수 있다. 재료의 다공률은 1% 이하로, OOA 경화가 포함되는 모든 일차 구조 요건을 능가한다.
록타이트 BZ 프리프레그는 자동 가공에 최적화되며, 1회에서도 자동 섬유 배치(AFP)뿐 아니라 자동 테이프 레잉(ATL)을 이용하여 탁월한 고온 서비스 온도 반복 성능을 발휘하며 우수한 점성과 드레이프를 입증한다. AFP 성능을 입증하는데 사용되는 기계에는 MTorres, Ingersoll and Electro-Impact의 시험이 포함되며, 정확한 크기에 적합한 조정과 별도로 표준 프리프레그에 비해 가공을 변경하지 않아도 된다.
결론
록타이트 BZ 프리프레그 수지는 냉동 선적 및 보관의 필요를 제거하고 서비스 온도를 증가시킬 수 있고 안전의 개선과 잔류 응력 저하를 유도하고 열 안정성 개선에 기여하며 재래식 금속 구조에 비해 중량을 30% 이상 절감한다.
수지는 우수한 고온/습윤 기계 속성과 주위 안정성, 탁월한 FST 성능, 경화 발열률 및 축소율 저하를 나타낸다. 뿐만 아니라 수지는 자동 가공뿐 아니라 OOA에서도 승산이 높다는 것이 입증되었으며 서비스 온도와 인성, 가공의 수지를 제공할 수 있는 다양한 시스템을 허용한다.
헨켈은 재료 공급에 대한 충분한 신뢰를 갖는 것이 중요하다고 인정하며, 이 때문에 회사는 BZ 모노머에 대해 정식으로 설립된 공급망을 보유하고 있다. 일부 BZ 제품은 이미 완전 상용화되어 UD 테이프와 조직 강화 (FR) 포맷으로 제공되고 있으며 사용화 직전 단계에 있는 제품도 있다. 물론 BZ는 시장에 생소하기 때문에 비용 면에서 초기 지출을 늘려야 하지만 고유의 편익은 사용 중 비용이 유사 기술에 비해 크게 저하된다는 것을 의미한다.
박현규 기자 <무단전재 및 재배포금지>
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UPDATE: 2024년 10월 03일 09시 53분