화학저널

MCI, 상용화제 배합 활용해 신제품 개발 … 전기자동차용 주목

미쓰이케미칼(MCI: Mitsui Chemicals)이 탄소섬유 강화 PP(Polypropylene) 컴파운드 사업화에 나선다.
미쓰이케미칼은 독자 개발한 상용화제 배합기술을 활용해 PP와 섬유 간 계면 접착성을 높이고 뛰어난 강도와 경량성, 내수성, 내약품성을 실현한 탄소섬유 강화 PP 컴파운드 개발에 성공했다.
탄소섬유는 철보다 비중이 4분의 1 작고 강도는 10배, 탄성률은 7배 우수해 스포츠용품부터 항공기 부품까지 광범위한 용도에 투입되고 있다.
다만, 현재 주류를 이루고 있는 것은 에폭시수지(Epoxy Resin)를 합침시킨 열경화성 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)로 고온고압 오토크레이브(압력용기) 성형이 필요해 가공시간이 길고 대량 생산이 다소 어렵다는 한계가 있다.
미쓰이케미칼은 PP 컴파운드 노하우를 활용해 PP와 탄소섬유 복합소재 사업화를 추진하고 있다.
PP는 성형이 쉽고 사출성형이나 단시간 프레스 성형이 가능해 양산에 따른 코스트 감축 효과가 큰 편이나 분자 내 극성기가 없어 섬유와 계면 접착성이 낮은 단점이 있다.
그러나 미쓰이케미칼은 특수 폴리올레핀(Polyolefin) 애드머(Admer) 사업에서 축적한 상용화 기술을 통해 PP의 접착도를 높였으며 물성이 양호한 컴파운드 생산에 성공한 것으로 알려졌다.
신제품은 열가소성 수지로 열경화성 CFRP보다 성형이 용이하고 리사이클이 가능하며 내수성, 내약품성이 뛰어난 것으로 평가된다.
PC(Polycarbonate)나 PA(Polyamide) 등 다른 열가소성 플래스틱을 사용하는 탄소섬유 복합소재와 비교해도 경량성이 우수할 뿐만 아니라 강도, 탄성률도 손색이 없다는 강점을 갖추고 있다.
탄소섬유 함유량 30% PP 컴파운드는 밀도가 입방센티미터당 1.08그램으로 PC나 PA6를 매트릭스한 소재에 비해 15% 이상 낮으며 굴곡강도는 약 190MPa, 굴곡탄성률은 17GPa 수준으로 강도와 탄성률 모두 기존 소재와 동등한 수준을 확보한 것으로 평가되고 있다.
2024년부터 샘플 출하를 시작하며 가격과 물성에서 모두 균형을 갖추었기 때문에 초기에는 일반 산업용, 특히 소형 부품용으로 제안할 방침이다.
하지만, 2025년 이후에는 뛰어난 디자인성을 활용해 밀리미터 사이즈의 중섬유로 성형성을 강화한 다음 자동차부품이나 드론(무인항공기), 의족‧의수, 신발 밑창 용도로 제안하는 방안을 검토하고 있으며 사출성형 뿐만 아니라 압출, 프레스, 3D 프린팅 등 수요기업이 원하는 대로 공급할 수 있다는 강점을 활용할 수 있는 용도를 모색하고 있다.
PP는 사용가능 온도영역이 장기 기준으로 섭씨 85-90도, 단기는 120-130도 정도로 내열성이 단점이나 엔진이 없어 높은 내열성을 필요로 하지 않는 전기자동차(EV) 등 신규 용도를 주목하고 있으며, 중장기적으로는 성형제품을 분쇄해 다시 사출성형하는 리사이클 수요를 기대하고 있다.
이밖에 탄소섬유와 PP를 복합화한 일방향성 테이프(UD 테이프) 타프넥스(Tafnex) 공세도 강화하고 있다.
타프넥스 또한 신제품 PP 컴파운드처럼 단시간 성형이나 2차 가공성이 우수하며 다른 수지와 복합화하거나 부품을 보강할 때 금속 수준의 강도를 유지하면서 경량화 효과를 이끌어낼 것으로 기대된다.
현재 사출성형 및 프레스 가공제품의 부분 보강용으로 개발하고 있으며 파이프나 적층판 형태로 가공이 가능하기 때문에 드론의 몸체 부분이나 풍력발전 블레이드, 로봇 팔 분야를 주목하고 있다.
나고야(Nagoya) 공장에서 롤 형태로 공급이 가능하며 이미 일부 수요기업에게 판매하고 있는 것으로 알려졌다.
한편, 미쓰이케미칼은 마이크로파화학(Microwave Chemical)과 연계해 2024년 2월부터 나고야 공장에서 마이크로파를 활용해 탄소섬유의 환경부하를 낮추는 프로세스 실증을 추진하고 있다.
2024년 말 이전에 샘플 공급을 개시하는 것을 목표로 하고 있으며 자체 개발한 PP 복합소재에 채용하는 방안도 검토하고 있다. (강)