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도레이, 고탄성률 신제품 개발 … 경량‧고강성 성형제품 실현
강윤화 책임기자
화학뉴스 2020.09.17
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)
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