화학저널

CNF(Cellulose Nano Fiber)를 자동차에 적용하기 위한 연구개발(R&D)이 가속화되고 있다.
일본 환경성은 CNF를 배합한 소재를 탑재하는 컨셉트카 생산을 목표로 한 NCV(Nano Cellulose Vehicle) 프로젝트를 진행하고 있으며 양산 및 자동차 탑재 시 요구되는 현실적인 과제를 해결하기 위해 힘을 기울이고 있다.
천연 기능성 나노소재인 CNF는 높은 코스트를 극복하는 방안으로 범용분야에서의 실용화가 중요해지고 있으며, 특히 자동차부품에 대한 적용이 기대되고 있다.
일본 환경성은 2016년 소재, 성형, 가공, 부품 생산기업 및 대학과 공동으로 NCV 프로젝트를 주도하고 있으며 소수 변성 셀룰로오스를 수지 혼련 시 나노 수준으로 해섬해 CNF로 만드는 Kyoto 프로세스를 응용한 펠릿 등을 이용해 시험제작을 진행하고 있다.
CNF는 강도 향상 및 박형화에 따른 경량화 효과가 뛰어나며 제조 시 이산화탄소(CO2) 배출량이 수지강화섬유 및 알루미늄 등 다른 경량화 소재에 비해 낮은 특징이 긍정적으로 평가되고 있으며 리사이클성도 양호한 것으로 파악되고 있다.
환경규제에 대한 대응이 필수적인 자동차기업들은 CNF를 주목하고 있다.
NCV 프로젝트는 최근 엔진커버, 트렁크리드 상부 및 하부에 CNF를 채용한 제1세대 모델을 공개했으며 포스터를 통해 도어트림, 시트백 뿐만 아니라 내연기관 흡기다기관 등으로 적용이 확대될 가능성을 시사했다.
CNF를 배합한 투명수지로 뒷유리를 대체하는 방안도 부상하고 있어 NCV 프로젝트에서는 대폭적인 경량화가 가능할 것으로 판단해 개발에 착수한 것으로 알려졌다.
그러나 실제 자동차에 채용하기까지는 검증 등에 상당시간이 소요될 것으로 예상되고 있다.
보닛은 여러 층 적층한 CNF 페이퍼에 수지를 함침시켜 RTM(Resin Transfer Molding) 저압성형을 실시했으나 일반적인 속도로는 형태가 일그러져 속도를 줄여 가공한 것으로 알려졌다.
PA(Polyamide)계 CNF 배합제품은 소형 성형기를 이용할 때 CNF 베이스의 요변성에 따른 스크루에 대한 부담을 피하기 위해 수지 공급량을 줄여야 하는 등 생산성에 대한 과제가 아직 많은 것으로 파악되고 있다.
부품 성능에 대해서도 다양한 과제가 산적하고 있다.
특히, 적설 또는 사고에 대비해 내충격성에 대한 요구가 높아지고 있으며 강도 향상 뿐만 아니라 사람에 대한 피해 경감, 2차 피해로 이어질 수 있는 파편 형태까지 고려해야 할 것으로 판단되고 있다.
NCV 프로젝트에서는 고무와 배합해 응력을 완화하는 성능을 부여하는 방향으로 연구를 진행하고 있으며 2018년 Ube Kosan이 합류해 기술 개발을 뒷받침하고 있다.
수분, 자외선 대책 등 장기적인 신뢰성 확보도 필수요소로 부상하고 있다.
다만, 친환경 소재로 주목받고 있는 CNF는 아이러니하게도 배합에 따라 휘발성 유기화합물(VOCs)이 발생할 가능성이 있는 것으로 나타났다.
PP에 CNF를 배합한 필러트림 등 발포율이 1.7배인 성형제품에서는 아세트알데히드(Acetaldehyde)가 발생한 것으로 확인돼 발생원 규명 및 해결이 불가피해지고 있다.
CNF는 볼펜잉크, 종이기저귀, 스피커, 러닝화 등으로 서서히 보급되고 있으며 자동차에 적용하기 위한 연구개발은 개별 소재에 대한 특성을 최적화하고 상업생산에 대한 과제를 색출해 해결책을 찾는 단계로 들어섰다.
NCV 프로젝트는 2020년 CNF 배합부품을 10-20% 탑재한 모델 개발을 목표로 하고 있으며 이후에는 자동차, 고분자 등과 연계해 실용화를 추진할 계획이다.