회전성형 기반 R-HDPE 삼중구조 선체 모듈 제조기술 개발 연구 = A Study on the Development of Triple-Layer Hull Module Manufacturing Technology Based on Rotational Molding Using R-HDPE

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 회전성형(Rotational Molding) 공법을 기반으로 재활용 고밀도 폴리에틸렌 (Recycled High-Density Polyethylene, R-HDPE)을 적용한 친환경 해양 플로팅 모듈 및 모듈형 폰툰 보트 선체의 제조 기술을 개발하 는 데 목적이 있다. 본 논문은 단순한 제조 기술개발을 넘어, 친환경 소재 공학, 해양환경공학, 그리고 지속 가능한 제조 산업의 융합적 접근을 통해 새로운 기술적 패러다임을 제시한다. 기존 FRP 및 알루미늄 소재의 선체는 높은 강도와 내구성을 갖추었으나, 재활용할 수 없거나 제조 과정에서의 에너지 소비가 과도하여 환경적 부담 이 크다는 문제점을 가지고 있다. 반면, HDPE 및 R-HDPE는 낮은 비중, 우수한 내식성 및 충격 흡수성을 지니며, 열적 가공성이 뛰어나 대형 선체 나 모듈 제작에 적합한 대체 소재로 주목받고 있다. 본 연구에서는 이러한 HDPE의 재활용 가능성과 회전성형 공정의 장점을 결합하여, 탄소 저감형 고내구성 선체 모듈을 구현하였다. 연구는 R-HDPE 재료의 물성 평가, 회전성형 공정 변수 최적화, 삼중 구조 (HDPE/PE Foam/HDPE) 설계, 인장시험, 내충격 시험, 진동시험 등 총체적 실험을 통 해 진행되었다. 또한 경제성·환경성 분석을 병행하여, 기술적 성과와 더불 어 사회·산업적 파급효과를 다각적으로 검증하였다. 연구 결과, 삼중 구조 R-HDPE 모듈은 기존 단층 구조 대비 부력 1.7배, 충격 흡수력 2.3배, 접합강도 15% 이상 향상되었으며, 내후성·내열 충격성· 내수성 등 전반적인 물성이 향상되었다. 재활용 HDPE를 활용함으로써 원 자재비 23% 절감, 탄소배출 18톤 CO₂/년 절감의 효과를 확인하였다. 본연 구의 결과는 RE100 및 탄소중립 정책에 부합하며, 해양폐기물 저감과 순환 경제 구현을 위한 실질적 산업적 대안을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 기업개요 및 현황 1
• 1.2 연구의 배경 4
• 1.3 연구의 목적 7
• 1.4 연구의 구성 8
• 제2장 이론적 배경 12
• 2.1 국내외 선박소재 산업동향 12
• 2.2 환경규제와 재활용 기술 트렌드 14
• 2.3 회전성형 공법의 기술적 원리 16
• 2.4 HDPE 및 R-HDPE의 재료 특성 18
• 제3장 연구방법 19
• 3.1 재료 및 시편 준비 19
• 3.2 공정 변수 설정 및 최적화 실험 20
• 3.3 삼중구조 성형 표준화 및 DB화 과정 21
• 3.4 시제품 제작 및 품질검증 절차 21
• 3.4.1 시제품 제작 방법 및 절차 22
• 3.4.2 품질검증 및 평가 방법 22
• 제4장 시제품 제작 및 품질검증
• 4.1 28ft급 모듈형 폰툰보트 기본 설계 25
• 4.2 R-HDPE 회전성형 시금형 및 시제품 제작 28
• 4.3 R-HDPE 삼중구조 선체 모듈형 폰툰보트 제작 33
• 4.4 품질검증 및 평가 37
• 4.4.1 전산유체역학(CFD)를 활용한 선체 주위 유동해석 37
• 4.4.2 28ft급 폰툰보트 초기 복원성 40
• 4.4.3 선체 모듈 공진주파수 탐색 및 내구성시험 49
• 4.4.4 운항 성능평가 60
• 제5장 분석 및 결과 63
• 5.1 R-HDPE 재료의 물성평가 63
• 5.1.1 인장강도 시험 63
• 5.1.2 열충격 시험 66
• 5.2 회전성형 공정변수의 최적화 69
• 5.2.1 공정변수의 체계적 정의와 영향 인자 69
• 5.2.2 실험장비 구성 및 온도센서 계측 시스템 71
• 5.2.3 삼중구조 성형 레시피 표준화 및 DB화 72
• 제6장 결론 76
• 6.1 연구 요약 및 성과 76
• 6.2 기술적산업적 의의 76
• 6.3 향후 연구 방향 77