항공우주용 플라스틱
항공우주 부품 제조 시 설계 및 재료 선정 과정에서 무게 감소는 핵심적인 과제입니다. 기능성과 성능 향상을 위해 반드시 필요한 경우가 아니라면, 강도가 높은 금속 및 합금을 선택하는 것은 생산 비용과 연료 효율 측면에서 더 큰 손실을 초래할 수 있습니다.
제조업체들은 다음을 선택합니다 엔지니어링 플라스틱 여객기든 군용기든 다양한 항공우주 부품을 생산합니다. 다음 섹션에서는 항공우주 분야에서 흔히 사용되는 8가지 플라스틱과 그 응용 분야, 그리고 항공우주용 플라스틱 부품을 생산하는 데 사용할 수 있는 제조 공정에 대해 자세히 설명합니다.
시작하자.
1. 폴리카보네이트(PC)
항공우주 등급 폴리카보네이트
폴리카보네이트는 견고하고 가벼우며 내구성이 뛰어난 열가소성 수지로, 치수 안정성과 열 안정성이 우수하여 다양한 항공기 부품 제작에 사용됩니다. 제조업체들은 항공기 부품에 사용되는 유리나 아크릴을 대체재로 폴리카보네이트를 선택하는 경우가 많습니다.
게다가 폴리카보네이트는 내충격성 플라스틱이 소재는 최대 90%의 가시성을 제공하며, 정밀한 공차로 가공하고 광학적 선명도를 위해 연마 마감 처리할 수 있습니다.
항공우주 분야에서 폴리카보네이트의 응용
Windows
PC는 높은 광학적 투명도와 높은 내구성 덕분에 항공기 창문 제작에 사용됩니다.
방패와 가드
PC는 높은 충격 저항성과 시인성 덕분에 안전 바이저, 헬멧, 안면 보호대 및 기타 보호 장비에 적합한 소재입니다.
조종석 계기
PC 플라스틱은 난연성, 투명성, 충격 강도 및 치수 안정성이 뛰어나 조종석 계기판에 유용합니다. 예를 들어 디스플레이 화면 커버, HUD 결합 패널, 스위치 보호대 및 항공 전자 장비 하우징 등에 사용됩니다.
조명기구
LED 라이트 파이프, 돔 라이트 커버, 엣지라이트 패널, 라이트 디퓨저와 같은 실내 및 실외 조명 기구.
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2. 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)
PEEK 항공우주 부품
폴리에테르에테르케톤 또는 몰래 엿보다는 구조 및 엔진 부품부터 전기 커넥터에 이르기까지 다양한 항공우주 플라스틱 부품을 생산하는 데 사용되는 또 다른 고성능 플라스틱입니다. PEEK는 높은 강성, 인장 강도, 크리프 저항성, 내화학성, 낮은 독성 및 고온(최대 250°C)에서의 성능을 제공합니다. 또한 PEEK 등급은 항공기 기체 내부용으로 인증된 난연성 고분자입니다.
항공우주 분야에서 PEEK의 응용
엔진 및 열 영역 구성 요소
PEEK 소재는 높은 인장 강도, 굴곡 탄성률, 강성 및 열 안정성을 지니고 있어 항공기 엔진 및 고온 환경 부품(예: 압축기 씰, 밸브 시트, 스러스트 와셔, 부싱)에 적합합니다.
구조적 응용
PEEK는 가볍고 기계적 특성이 뛰어나 정밀 패스너, 보강재, 클립, 좌석 팔걸이, 배선 브래킷과 같은 항공기 구조 부품에 적합합니다.
고성능 복합재료
항공우주 산업에서는 향상된 기계적 및 물리적 특성을 위해 여러 고성능 복합재료를 사용합니다. 따라서 PEEK는 CF-PEEK, GFRP 및 석영 섬유 복합재료를 만드는 데 사용됩니다.
3. 폴리에테르이미드(PEI)
PEI 플라스틱
폴리에테르이미드, 또는 PEI 플라스틱이 물질은 크리프 저항성, 유연성, 경량성, 강도 및 금형 가공성이 우수한 비정질 고분자입니다. 따라서, 등급은 UL94V-0 이는 항공기 기체 내부용으로 인증된 난연성 폴리머 중 하나입니다.
이러한 특성들이 결합되어 PEI는 항공우주 부품 제조에 적합한 열가소성 수지 옵션이 됩니다.
항공우주 분야에서의 PEI 응용
내부 구조
벽면 내장재, 세면대 설비, 객실 하드웨어 등 경량, 난연성 및 강도가 뛰어난 항공기 내부 부품.
에어덕트 시스템
덕트, 환기 하우징, 공기 흐름 가이드 등 열적으로 안정적인 공기 덕트 시스템 부품.
4. 폴리프로필렌(PP)
폴리프로필렌 시트
폴리프로필렌(PP)은 항공우주 분야에서 구조 부품보다는 내부, 포장 및 저장 용도로 사용되는 또 다른 플라스틱입니다. PP는 높은 피로 강도, 유연성, 내화학성 및 낮은 수분 흡수율을 제공합니다.
따라서 CNC 가공, 사출 성형 및 기타 공정을 통해 폴리프로필렌 부품을 쉽게 제작할 수 있습니다.
항공우주 분야에서 PP의 응용
항공기 내부
차량 내부 트림, 팔걸이, 시트 부품, 측면 패널, 베젤, 트레이 테이블 등 다양한 내부 구성 요소.
보호 아이템
이는 전기 접속함, 커넥터 덮개, 배터리 케이스 등 다양한 계측기나 부품을 보호하는 차폐막 및 하우징을 의미합니다.
비구조적 구성 요소
폴리프로필렌은 클립, 클램프, 단자 캡 및 점검 커버와 같이 강도가 주요 요구 사항이 아닌 경우에도 선호됩니다.
5. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)
PTFE 항공우주용 브래킷
폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 테플론®이라고도 불립니다. PTFE는 -200°C에서 260°C에 이르는 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있는 고성능 플라스틱입니다.
또한 PTFE는 낮은 마찰 계수, 내화학성, 낮은 가스 방출, 높은 치수 안정성 및 전기 절연성으로도 잘 알려져 있습니다.
항공우주 분야에서 PTFE의 응용
전기 절연
PTFE는 전선, 케이블, 커넥터 및 하네스용 절연체를 포함하여 다양한 전기 절연 부품에 사용됩니다.
유체 라이닝 시스템
연료 시스템, 유압 회로 등에 사용되는 씰, 개스킷, 부싱 및 라이너
회전/저마찰 부품
PTFE는 마찰이 적고 자체 윤활성이 뛰어나 액추에이터 부싱, 슬라이딩 패드, 와셔, 스페이서와 같은 회전/움직이는 부품에 가장 적합한 항공우주용 플라스틱입니다.
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6. 폴리에틸렌(PE)
고분자량 폴리에틸렌
폴리에틸렌(PE)은 우수한 내화학성, 내피로성 및 내마모성, 낮은 가스 방출량, 전기 절연성을 제공하는 경량 항공우주용 플라스틱입니다. 항공우주 분야에서 고분자량 폴리에틸렌(HMW-PE)은 높은 강도 대비 무게 비율 덕분에 항공기용으로 널리 사용됩니다. 따라서 무게를 줄여 연료 효율을 향상시킬 수 있습니다.
항공우주 분야에서의 PE 응용
전기 절연
항공기 전기 시스템의 전선 및 케이블 절연은 신뢰성 향상에 도움이 됩니다.
항공기용 튜빙 시스템
유압 시스템, 연료 라인, 전기 덕트 및 냉각 시스템용 파이프 및 튜브.
보호 구성 요소
폴리에틸렌은 강도와 충격 흡수 능력이 뛰어나 항공기 내 다양한 계기의 보호 하우징에 적합한 플라스틱 소재입니다.
포장
PE는 항공우주 제조 부품을 손상이나 흠집 없이 운송하는 데 적합한 포장재입니다.
7. 폴리아미드이미드(PAI)
PAI 플라스틱
폴리아미드이미드(PAI) 플라스틱은 강하고 내열성 플라스틱PAI는 성능 향상을 위해 유리 섬유 및 탄소 섬유 필러와 함께 자주 사용됩니다. 또 다른 중요한 장점은 PAI가 250°C까지 강도를 유지한다는 것입니다.
따라서 PAI 항공우주용 플라스틱은 고응력, 부식성 및 열적으로 불안정한 환경에 적합합니다.
항공우주 분야에서의 PAI 응용
내하중 부품
지지 와셔, 패스너, 스페이서 및 연결 부품과 같은 정밀한 하중 지지 및 구조 부품.
전기 절연체
커넥터 하우징, 항공 전자 장비 배선용 외피, 전자 장치용 지지 프레임 등 다양한 전자 부품용 전기 절연체 및 지지대.
유체 제어 인터페이스
유압 시스템용 웨더 개스킷, 연료 부품 및 밸브 부품과 같은 유체 제어 시스템용 밀봉재 및 접촉면.
온도에 민감한 부품
PAI는 넓은 작동 온도 범위 덕분에 연료 시스템의 밸브 시트, 클립 및 패스너, 단열재 등에 가장 적합한 소재 중 하나입니다.
8. 열가소성 복합소재
열가소성 합성물
항공우주 산업에서는 고성능 부품에 다양한 복합 재료가 사용되는데, 이러한 복합 재료는 열가소성 수지에 충전재를 첨가하여 만들어집니다. PEEK, PPS, PCTFE 등이 그 예입니다.
탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유는 열가소성 수지로 보강되는 일반적인 충전재입니다.
따라서 항공우주 제조업체들은 항공우주 설계의 유연성을 위해 열가소성 복합재를 선택합니다. 다음은 일반 열가소성 수지 대신 복합재를 선택하는 이유입니다.
- 무게를 줄이면서도 동일하거나 더 높은 강도를 얻을 수 있습니다.
- 이러한 소재는 부식, 화학 물질 및 습기에 대한 저항력이 더 뛰어납니다.
- 복합재료는 일반 플라스틱 소재보다 신뢰성과 내구성이 뛰어납니다.
- 수리가 용이하고 수명이 다한 후 재활용할 수 있습니다.
항공우주용 플라스틱 부품 제조 공정
CNC 가공, 사출 성형, 진공 성형 및 이중 박판 성형은 항공우주용 플라스틱 부품 제조의 네 가지 핵심 기술입니다.
각각에 대해 간략하게 설명해 보겠습니다.
CNC 가공
기계 가공은 플라스틱이나 기타 가공 대상물에서 원하는 형상이 얻어질 때까지 재료를 제거하는 공정입니다. CNC 밀링, 선삭, 드릴링, 나사 가공 및 기타 정밀 기계 가공 공정은 항공우주 시제품 및 부품 생산에 사용됩니다.
CNC 가공은 정밀한 공차, 매끄러운 표면 마감, 복잡한 형상 구현을 빠른 납기로 가능하게 합니다. 하지만 재료 낭비와 대량 생산 시 긴 납기는 주요 제약 조건입니다.
사출 성형
사출 성형은 뛰어난 반복성과 빠른 생산 주기를 통해 항공우주 부품의 대량 생산에 이상적입니다. 이 공정은 용융된 플라스틱을 고압으로 금형에 주입하여 플라스틱이 흐르면서 금형의 형상을 따라 성형하는 방식입니다.
금형 제작에 투자하면 동일한 부품을 최대 백만 번까지 생산할 수 있습니다. 항공우주 분야에서 사용되는 사출 성형 플라스틱 부품의 예로는 커넥터, 내부 트림, 스냅핏 커버 등이 있습니다.
성형 진공
진공 성형은 뜨거운 플라스틱 시트를 금형에 씌워 늘린 후 진공을 이용하여 원하는 모양으로 성형하는 공정입니다. 이 공정은 금형 제작 비용이 저렴하고, 생산 주기가 빠르며, 설계 유연성이 뛰어나다는 장점이 있습니다.
제조업체들은 계기판 베젤이나 내부 패널처럼 크기가 크고 비교적 단순한 형상을 가진 항공우주 부품을 소량에서 중량 단위로 생산할 때 진공 성형 방식을 선택합니다.
이중 시트 열성형
박판 열성형에서는 두 장의 플라스틱 시트를 각각 가열한 후 동시에 해당 금형 위로 당겨서 성형하고, 금형면을 융합하여 하나의 속이 빈 부품을 얻습니다.
이 방법은 덕트, 수납 공간, 좌석 등받이와 같이 보강재와 내부 구조가 있는 속이 빈 항공우주 부품에 적합합니다.
항공우주 제조에서 플라스틱의 장점
항공우주 제조에서 플라스틱은 무게 감소, 비용 효율성, 내식성, 설계 유연성 등 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.
- 경량 : 플라스틱은 가벼운 소재이며 항공기의 연료 효율을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
- 부식 방지: 항공기용 플라스틱은 화학 물질, 습기 및 부식성 환경에 대한 저항성이 매우 뛰어납니다.
- 열 안정성: PEEK 및 PAI와 같은 플라스틱은 넓은 작동 온도 범위(최대 약 250°C)를 가지고 있습니다.
- 전기 절연 : 플라스틱은 절연 강도가 높아 전류의 흐름을 절연합니다.
- 비용 효율적인 : 플라스틱은 여러 금속 및 합금에 비해 항공우주 제조 분야에서 비용 효율적인 소재입니다.
- 밀봉 및 투명성: 일부 항공우주용 플라스틱은 뛰어난 밀봉성과 광학적 투명성을 가지고 있습니다.
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항공우주 분야에 사용할 플라스틱을 선택할 때 고려해야 할 요소
항공우주 분야에 적합한 플라스틱 종류를 선택하는 것은 일반적으로 해당 재료를 사용할 부품과 적용 분야의 요구 사항에 따라 달라집니다.
항공우주 부품용 플라스틱을 선택할 때 고려해야 할 일반적인 요소들을 살펴보겠습니다.
- 적용 시나리오 및 운영 환경
- 항공우주 산업의 규정 준수, 예를 들어 FST/FAR 25.853
- 가공 용이성, 성형성 및 마감 호환성과 같은 요소.
- 원자재 공급망의 신뢰성
- 가연성 및 강도 대 무게 비율
항공우주 소재의 과제와 미래 동향
원하는 강도와 강성을 유지하면서 무게를 줄이는 것이 항공우주 소재 선정의 핵심 과제입니다. 기업들은 항상 경량화와 기계적 강도 사이에서 최적의 균형점을 찾으려 노력합니다.
따라서 고성능 플라스틱 및 복합 소재는 항공우주 제조 분야에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다.
다른 과제는 다음과 같습니다.
- 저온 및 고온에서의 열 저항
- 재료의 반복 하중을 견딜 수 있는 능력
- 가공 용이성, 예를 들어 기계 가공성.
- 고성능 플라스틱의 비용 효율성
항공우주용 플라스틱 소재의 미래 동향
- 경량 복합재: 탄소섬유강화폴리머(CFRP), 아라미드 섬유 및 기타 우수한 강도 대 무게비를 가진 첨단 복합재료의 사용.
- 열가소성 수지: 항공기 제조업체들은 금속 및 합금 대신 PEEK 및 PEI와 같은 고성능 열가소성 수지를 선택하고 있습니다.
- 자동화 : 산업계에서는 높은 품질과 일관된 품질을 보장하기 위해 복합재 제조에 자동화 기술을 활용하고 있습니다.
- 3D 인쇄 : 또 다른 추세는 항공기 부품 생산에 폴리머 3D 프린팅 기술을 사용하는 것입니다.
항공우주용 플라스틱 시장 규모는 2026년에 약 10.1억 달러에 달할 것으로 예상되며, 이는 2024년(81억 5천만 달러)에 비해 크게 증가한 수치입니다. 에 따르면 화학 및 재료 분야를 향하여항공우주용 플라스틱 시장 규모는 2035년 말까지 23.3억 달러에 달할 것으로 예상되며, 연평균 성장률은 9.75%입니다.
다음으로, 아래 차트를 통해 항공우주용 플라스틱 시장 규모의 연도별 예측치를 살펴보겠습니다.
항공우주용 플라스틱 시장 성장
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맺음말
전반적으로 항공우주용 플라스틱은 객실 내부, 백라이트 패널, 보호 부품, 전기 시스템, 하위 조립품 고정 장치 및 엔진 근처의 중요 매니폴드 등 다양한 부품을 생산하는 데 사용되는 필수 소재입니다.
고성능 플라스틱과 같은 것들 PEEK, PTFE, PEI 및 PAI 성능 및 안전 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 무게를 줄이고 연료 효율을 높입니다.
ProlenTech에서는 다음과 같은 서비스를 제공합니다. 플라스틱 가공 서비스 항공우주, 자동차, 의료, 소비재, 전자제품 등 다양한 산업 분야에 사용됩니다. 당사는 ± 0.005mm의 정밀도로 복잡한 플라스틱 부품을 가공할 수 있는 다축 CNC 기계를 보유하고 있습니다.
자주 묻는 질문
항공우주 분야에 사용되는 고분자는 무엇입니까?
PEEK, PEI, PTFE, PAI와 같은 고성능 폴리머는 항공우주 분야에서 구조 부품, 전기 시스템, 내부 부품 등에 사용됩니다.
항공우주 등급 소재란 무엇인가요?
항공우주 등급 소재는 성능, 안전 및 품질 표준 요구 사항을 충족하거나 준수하도록 설계된 모든 금속, 합금, 플라스틱 또는 복합 재료를 말합니다.
항공우주 설계에 적합한 유연성을 제공하는 열가소성 수지에는 어떤 것들이 있을까요?
PEEK, PEI, PPS 및 PC는 항공우주 설계의 유연성을 위해 일반적으로 사용되는 열가소성 수지입니다.