도레이(Toray)가 탄소섬유 탄성률을 대폭 향상시켰다.
도레이는 산업용으로 광범위한 적용이 가능할 것으로 기대되고 있는 신규 고탄성률 탄소섬유를 개발했다고 밝혔다.
신제품은 표준적인 산업용 탄소섬유보다 탄성률을 70% 향상시켜 가격 대비 성능이 우수한 것이 특징이며 사출성형용 수지 팰릿으로 제조하면 경량합금 가운데 대표적인 소재인 마그네슘합금에 필적할 수준으로 우수한 탄성률을 보유한 성형제품으로 완성할 수 있어 경량화에 기여할 것으로 기대되고 있다.
조만간 샘플 출하를 시작할 예정이다.
복잡한 형태로 이루어진 고강성 부품을 사출성형을 통해 효율적으로 제조할 수 있다는 강점을 살려 경량화가 요구되는 자동차부품이나 일반 산업용으로 공급할 예정이며 3년 안에 상업화해 수년 후 매출액을 100억엔대로 육성하는 계획을 세우고 있다.
도레이는 고강도 탄소섬유인 토레카(Torayca) T 시리즈를 주력 공급하고 있다.
2014년 강도 7GPa에 탄성률 320GPa 사양으로 세계 최고강도를 보유한 T1100G를 출시했고 2018년에는 나노 기술을 적용해 강도 5.7GPa에 탄성률 377GPa로 고탄성 및 고강도를 모두 갖춘 M4OX도 출시하고 고기능 스포츠용품, 항공‧우주 분야 구조재 등으로 공급영역을 확대해왔다.
하지만, 고탄성률 탄소섬유는 직경이 약 5마이크로미터로 얇기 때문에 생산성에 제약이 있고 코스트 면에서도 과제가 많았다.
새롭게 개발한 고탄성률 탄소섬유는 기존의 나노 수준 구조 제어기술을 더 발전시킨 것으로, 내부 구조를 균일하게 제어함으로써 산업용 T 시리즈의 표준적 탄성률인 230GPa보다 약 70% 높은 390GPa를 실현했다.
강도는 4.8GPa이며 섬유경 직경이 7마이크로미터여서 볼륨존 탄소섬유 수준으로 두껍기 때문에 생산성도 우수한 것으로 평가되고 있다.
해당 탄소섬유를 사용한 열가소성 수지 팰릿은 압축강도가 높아 기존 고탄성률 타입에 비해 성형 후 탄소섬유장을 길게 유지하는 효과를 얻을 수 있으며 PPS(Polyphenylene Sulfide)를 사용하고 탄소섬유를 30% 조합한 성형제품은 탄성률이 41GPa(비중 1.4)로 마그네슘 합금 비중 1.8보다 작으며 탄성률 45GPa에 필적하는 특성을 보유하고 있다.
프리프레그 수준의 탄성률을 사출성형에서 얻을 수 있다는 점에서 가볍고 복잡한 형태의 부품을 우수한 생산성을 통해 완성하는 것이 가능해질 것으로 기대되고 있다.
매트릭스 수지로는 PPS 외에 나일론(Nylon) 등도 적용할 수 있다. (K)