열가소성 수지를 이용한 자동차 수소탱크의 적정 설계 및 제작 공법 연구

Abstract

본 연구에서는 유한요소법 구조해석과 필라멘트 와인딩 공정을 통해 복합재 압력용기 의 개발에 있어 안정적인 품질과 성능, 재활용 가능한 친환경성을 동시에 확보하고자 한다.

수소전기자동차의 핵심부품중 하나인 수소압력용기의 가격 경쟁성 확보가 시급하다. 본 논문은 앞으로 점차 확대될 친환경성과 수소자동차 시장의 폭발적인 증가를 전망하여 재활용 가능한 열가소성 수소압력용기의 적정설계를 통한 경쟁성 확보를 위해 연구한 내용을 소개한다.

필라멘트와인딩 공법은 수지가 함침된 연속섬유를 원통형상의 회전하는 금형(Mandrel)에 돌 려 감은 후 경화시켜 회전대칭인 구조물을 제조 하는 복합재 성형공법으로 복합재료 type4 압력용기 제작에 사용된다.

본 논문에선 적정설계를 통한 복합재료 압력용기의 재료사용량을 절감하였고 이론치와 구조해석치를 비교분석함으로써 해석의 신뢰도를 높혔다. 이 적정설계를 기반으로 UV경화와 열 경화를 동시에 진행하여 열가소성 수지 Elium로 재활용가능한 type4 열가소성 복합재료 수소탱크를 제작하였다. 긴시간이 걸리는 필라멘트 와인딩의 Post curing과정을 단 1시간만을 마지막으로 경화가 됐음 확인함으로써 공정의 우수성 또한 검증하였다.