복합재료의 모든것


인터뷰 기사 - 폐기 프리프레그 재활용 연구

by composites posted Dec 10, 2014

prostheticsqa-foot.jpg


지난번 인터뷰기사에서 우리는 복합재 산업에서 보다 지속 가능한 미래를 위해 폐기 섬유를 재활용하는 방안에 대한 연구를 소개하였다.  이에 우리는 남가주 대학(USC, University of South California) M.C.Gill Composite Centers 에서 가젤(Gazelle) 이라는 이름으로 진행되고 있는 폐기 프리프레그 재생 연구에 대해 살펴 보기로 한다. 이 연구는 매립되는 폐기 탄소섬유/에폭시 프리프레그를 전적으로 활용하여 인공의족을 만드는 방안에 대한 것이다.  
해당 프로젝트가 지난 CAMX 2014 에서 Green Composites Design ACE 상을 받게 된 후 연구 팀의 책임자인 Gaurav Nilakantan 씨는 의족이 어떻게 만들어 졌으며 가젤 제품에 있어서 자재 재생의 장점과 상업적 잠재력에 대하여 설명해 주었다. 

 

폐기 탄소섬유 프리프레그를 재활용하기 위한 연구를 하게 된 동기는 무엇인가? 주로 어디에서 폐기 프리프레그를 확보하는가?

 

우리는 국가과학위원회 G8 지원사업으로 열경화성 복합재 프리프레그의 자재 효율성과 지속 가능한 제작방법에 대한 연구를 시작하게 되었다. 복합재 재료의 재활용 및 재생 방안은 영국, 캐나다 그리고 독일의 다른 대학들과 협업 하에 추진하는 다국적 프로그램 중 하나로서 남가주 대학의M.C.Gill Composite Centers에서 이끌어 나가고 있다. 우리는 문헌 조사를 통해 미국 내 많은 학계 및 산업계에서 다양한 섬유 재생 기술을 통해 탄소섬유/에폭시 복합재 구조물을 재활용하는데 목표를 두고 여러 연구활동을 하고 있다는 사실을 알게 되었다. 반면에 경화되지 않은 프리프레그 폐기물에 대한 재생 또는 재활용에 관한 실질적인 연구는 찾을 수가 없었다. 대부분의 미 경화 프리프레그 폐기물은 매립되어 버려질 뿐이었다. 우리는 보잉, 노스롭그루만, 스페이스 엑스 및 버진 갈락틱과 같은 항공 우주 업계와의 면담을 통해서 이 사실을 확인 할 수 있었을 뿐 아니라 나스카(NASCAR) 레이싱 팀에서 프리프레그를 매립 폐기하는 것을 목격하기도 하였다. 일부에서는 미국 내에서만 연간 2,900만 파운드의 탄소섬유가 폐기된다고 추산하고 있다. 


우리는 이 문제를 정면으로 부딪혀 산업계의 큰 부담으로 남아있는 폐기 프리프레그 문제를 위한 혁신적이고 실현 가능한 해결방안을 찾아보기로 결정하였다. 우리는 여러 이점들이 있음을 예견할 수 있었는데  첫째, 그 동안 미국 환경법규가 유럽의 수준을 따라 잡기 위하여 재활용 및 재생 수준을 정하고 법적 매립 양을 규제하기 전까지는 시간이 해결해 줄 것이라는 생각이 만연하였다.  관련법 제정이 임박해오고 잠재적인 페널티, 벌금 및 탄소세 등을 피하기 위하여서는 기업들의 재빠른 대처가 요구되었다. 둘째, 이미 제작 공정을 거쳐 제품으로 만들어진 복합재료를 목표로 하는 재생(Recycling)과 달리 재사용(Reuse) 문제는 복합재 폐기물이 계속적으로 발생함에 따라 당장 처리해야만 했다.  폐기물의 양은 항공, 자동차 및 스포츠 산업이 바야흐로 복합재 프리프레그 사용 시대로 접어들면서 폭발적으로 증가하였다. 현재 파운드 당 0.7 ~ 3달러인 폐기물 비용은 물론 유독성인 경우 기하 급수적으로 상승할 수 있지만 현재는 대형 기업들의 수지에 크게 영향을 미치지 않으나 폐기용 프리프레그의 탄소섬유와 수지는 여전히 사용할 수 있음에도 손실로 표시가 되었다. 최초의 탄소섬유 프리프레그 자재는 대략 파운드당 45달러 정도로서 폐기 프리프레그의 재활용은 기업들이 자재비 및 제작 비용을 보전하는데 도움이 될 수 있다.  최종적으로 우리는 항공 및 복합재 산업 분야에서 폐기 탄소섬유를 재활용하여 다양한 완제품으로 개발 판매하는 것에 집중함으로 서 여러 새로운 소형 기업 및 관련 제작, 설계 분야의 일자리를 창출할 수 있을 것이라는 기대를 하고 있으며 그 해결책 역시 가지고 있다고 확신한다. 

 

 

특별히 Gazelle 인공의족을 개발하게 된 동기는 무엇인가?

 

우리는 산업계에 폐기 프리프레그를 사용하여 상용 완제품을 만드는 것에 대한 기술적, 상업적 실현가능성이 있음을 보여주기 위하여 노력하고 있기 때문에 공정 및 기술을 구현하는 것뿐 아니라 실질적인 시제품을 만들어 내는 것이 중요하다는 것을 알고 있다.

이러한 제품들은 구조적 성능을 갖추고 있으며 무게 경감 효과와 함께 폐기자재를 사용함으로 서 훨씬 낮은 가격으로 만들어 질 수 있다.  인공 수족의 경우 확실한 선택이 될 수 있다는 점이 기본적으로 제품이 사람의 체중을 지탱할 수 있는 구조적 안전성을 갖추고 있어야 하며 동시에 가볍고 내구성도 뛰어나야 하기 때문이다.  부상 군인 및 의료환자들과 같이 인공수족에 대한 엄청난 수요가 있다.  한편 우리는 장애 운동선수 및 장애인 올림픽 참가자들의 경우에서와 같이 고성능 탄소섬유 사용 사례를 많이 볼 수 있었는데 가장 대표적으로 알려진 예로서Össur사에 의해 만들어진Flex Foot Cheetah® 가 있다.

 

prostheticsqa-Ossur.jpg


 

이러한 인공수족 제품의 가격은 수 천 달러 대에서부터 2만 달러 이상에 이르며 때때로 몇 년에 한번씩 교체 또는 보정이 필요하기도 하는 등 매우 고가의 제품이다.  게다가 이 제품들은 충분한 의료보험 지원을 받기 어려워 저소득자들이 구매하기 어렵기 때문에 우리는 우리의 기술로서 인공수족 제품을 만들기로 결정하였으며 이는 소위 치타 (Cheetah)모델의 유사버전으로 가젤 이라는 이름으로 불리게 되었고 폐기자재를 사용하여 탄소섬유 부품을 제작하여 구조용 부품시장에서도 적용될 수 있음을 보여줄 것이다.

 prostheticsqa-feature.jpg


compositemanufacturing.jpg Gaurav Niakantan. PhD.jpg

 

원문보기: http://compositesmanufacturingmagazine.com/2014/11/upcycling-composite-prepreg-materials-one-step-time/

 



 


List of Articles
번호 제목 글쓴이 날짜 조회 수
8 2016 드론쇼 코리아 file composites 2016.02.02 3692
» 인터뷰 기사 - 폐기 프리프레그 재활용 연구 file composites 2014.12.10 11618
6 3D 프린팅이 자동화산업에 미치는 영향 file composites 2014.11.25 9186
Board Pagination Prev 1 2 3 Next
/ 3