테이진, GM과 구조재 공동개발 … 경량성에 물성·생산성 우수
화학저널 2019.05.06
일본 테이진(Teijin)이 CFRTP(열가소성 탄소섬유 강화수지)를 사용해 자동차용 구조재 생산을 시작한다.
General Motors(GM)가 출시하는 신형 픽업트럭의 적재함 부분에 탑재하는 것으로 CFRTP가 양산 자동차에 채용된 것은 세계 최초이다.
강도, 내부식성을 포함한 물성 및 생산성이 뛰어날 뿐만 아니라 적재함 표면을 금속으로는 불가능한 곡선 모양으로 성형할 수 있는 가공성도 겸비한 것으로 파악되고 있다.
테이진은 2011년부터 GM과 공동개발을 진행하고 있는 가운데 2017년 Continental Structural Plastics(CSP)을 인수함으로써 3사 연계를 통해 연구개발(R&D)을 강화하고 있다.
GM이 2019년 봄 출시한 신형 픽업트럭 GMC Sierra Denali는 적재함 내부 구조재에 CFRTP를 투입함으로써 스틸 베이스 기존제품에 비해 약 40% 경량화에 성공했을 뿐만 아니라 내부식성, 긁힘방지성 등도 매우 뛰어난 것으로 알려졌다.
또 열가소성을 최대한 활용하기 위해 적재함 표면에 곡선 모양의 디자인을 채용했으며 EP(엔지니어링 플래스틱)를 매트릭스로 사용하고 탄소섬유를 35% 함유한 시트 형태의 CFRTP를 프레스 성형함으로써 조립공정을 감축함과 동시에 생산성을 대폭 향상시켰다.
일부 CFRTP에는 시트 트리밍으로 발생한 조각을 재이용해 환경적인 측면에도 기여하고 있다.
테이진은 CFRTP를 가장 표면에 두고 스틸, 수지 성형소재를 조합한 복합소재를 생산해 인근 GM 공장에 공급하고 있다.
적재함 이외 부분에도 CFRTP 프로젝트를 진행하고 있으며 자동차 생산기업과 공동으로 탄소섬유계 SMC(Sheet Molding Compound)에 대한 대책을 강화하고 있어 유리섬유 SMC에 이어 탄소섬유 복합소재 기술을 확보함으로써 수요처의 다양한 요구에 대응할 수 있는 체제를 구축할 방침이다.
테이진은 2011년 12월 GM과 공동개발을 시작하면서 복합소재 특화기업인 Teijin Advanced Composites America(TACA)를 미국 미시간(Michigan)에 설립했으며 2012년 기술거점인 Teijin Composites Application Center(TCAC)를 개설했다. 2017년 1월 CSP를 인수함으로써 세계 최초의 혁신기술을 창출하는데 성공했다.
경쟁기업들은 양산 자동차에 탄소섬유 복합소재를 적용하기 위해 단사이클화가 가능한 열경화성 탄소섬유 SMC에 힘을 기울이고 있다.
그러나 테이진은 단시간에 성형할 수 있는 CFRTP를 이용해 기술개발을 선도함으로써 자동차용 복합소재 시장에 새로운 바람을 불어넣을 것으로 기대되고 있다.
테이진은 열가소성 수지를 매트릭스로 이용하는 CFRTP 성형제품 사업에서 경량화 플러스 알파 전략도 동시에 추진하고 있다.
금속부품 대체를 통한 경량화 효과가 가장 중요한 CFRTP 부품에 충격흡수성, 차음성 등을 추가함으로써 자동차 시장 공략을 더욱 강화하기 위한 전략으로 연구개발(R&D)에 적극 나서고 있다.
테이진은 2017년 유리섬유를 강화소재로 첨가하는 SMC 분야에서 두각을 나타내고 있는 CSP를 인수해 1차 공급기업으로 자동차 관련사업을 강화하고 있다.
CFRTP 부품은 SMC 부품과 함께 GM의 픽업트럭 GMC Sierra Denali의 적재함에 채용되고 있으며 CSP의 헌팅턴(Huntington) 공장에서 양산체제를 구축하고 있다.
앞으로는 경량화 플러스 알파 전략에 집중할 방침이다.
우선 에너지 흡수성능을 활용할 수 있는 기기로 크러시기어박스 등을 개발하고 있다
테이진이 보유하고 있는 CFRTP 기술을 활용해 금속에 비해 매우 뛰어난 에너지 흡수특성을 발휘하도록 소재를 설계함으로써 경량화에 크게 기여함과 동시에 부품 소형화를 통해 운전석을 넓힐 수 있는 것으로 파악되고 있다.
복합소재 도어 프로젝트도 가속화하고 있다.
다양한 소재를 조합해 기존제품과 동등한 코스트로 경량화를 추진하는 것으로 디자인성, 측면충돌안전성 등을 부가함으로써 단순한 프로토 타입을 제작하는데 그치지 않고 실용 가능한 수준의 성능을 실현하겠다는 목표를 세우고 있어 필요에 따라서는 금속부품도 조합할 계획이다.
테이진 본사와 CSP의 미국 및 프랑스 개발센터가 연계해 R&D를 진행하고 있으며 2019년 3월까지 개발을 완료해 각국의 자동차 생산기업에게 제안할 방침이다.
조립공정에서 기능성 소재를 복합해 자동차에 요구되는 성능을 부가하는 방안도 검토하기 시작했다.
차음, 흡음, 방음 등 요구성능에 따라 적합한 소재를 모색하고 있으며 SMC 부품 등과 접합해 제공하는 사업모델을 고려하고 있다.
이밖에 건강 모니터링 기능도 검토대상에 포함하고 있다.
<화학저널 2019년 5월 6일>
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