에피소드 29: 프로드라이브 컴포지츠 존 맥퀼리암 - 경량화 혁신 엔지니어링

 

프로드라이브의 P2T 공정으로 제작된 3차 부품 예시. CW 사진 | 스콧 프란시스

CW Talks의 이번 에피소드에서 CW 선임 편집자 스콧 프란시스가 프로드라이브 컴포지츠(영국 밀턴 케인스)의 수석 엔지니어 존 맥퀼리암을 인터뷰합니다. 프로드라이브 컴포지츠는 자동차, 모터스포츠, 항공우주, 해양, 방위 및 기타 전문 분야를 포함한 광범위한 애플리케이션을 위한 첨단 경량 복합소재의 설계자이자 제조업체입니다.

존은 영국의 포뮬러 원 자동차 설계자로 수많은 모터스포츠 기업들과 협력해 왔습니다. 그는 2017년 프로드라이브의 복합소재 부문 수석 엔지니어로 합류했습니다. 존은 회사의 1차-3차(P2T) 공정을 논의하는데, 회사는 이 공정이 재활용을 단순화하고 복합소재에 세 번 이상의 유용한 수명을 제공할 잠재력을 준다고 말합니다.

 

 

 

 

 

 

전체 CW Talks 인터뷰는 위 링크에서 청취하실 수 있으며, 다음에서도 확인 가능합니다:

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에피소드 발췌

CW: 안녕, 존, CW 토크, 복합소재 팟캐스트에 오신 걸 환영합니다. 3월에 프로드라이브 컴포지츠를 방문했는데, P2T 공정, 즉 1차에서 3차로(Primary to Tertiary)를 조금 볼 수 있었습니다.

JM: 맞습니다. 첫 단계는 1차 부품 제조이며, 우리가 현재 하는 일의 대부분입니다. 이들은 버진 섬유, 특수 수지, 또는 어떤 이유로든 특정 유형의 열경화성 수지를 필요로 하는 부품들입니다. 그래서 저는 전통적인 복합소재 부품이라고 부르겠습니다... 우리는 특별히 설계나 제조를 바꾸지는 않겠지만, 재활용이 더 쉽게 되도록 확실히 바꿀 것입니다.

CW: 알겠습니다. 그리고 이들이 일반적으로 더 고성능 부품인가요?

JM: 네. 그래서 열경화성으로 만들어질 것입니다... 우리가 할 일은 단순히 설계를 변경하여 부품 제작 시 발생하는 폐기물과 궁극적으로 수명 종료 시 부품이 재활용 가능하도록 하여 그 안에 포함된 탄소섬유를 재사용할 수 있게 하는 것입니다. 열가소성은 2단계에서 등장합니다... 초기 단계는 열경화성 또는 열가소성일 수 있지만, 중요한 것은 섬유를 회수할 수 있게 한다는 것입니다. 그래서 1차 부품에서 섬유를 회수하기 위해, 언급한 바와 같이 우리는 확실히 설계를 더 쉽게 섬유를 회수할 수 있는 소재로 변경합니다. 그래서 우리가 정말로 말하는 것은 논크림프 패브릭의 증가된 사용, 더 많은 단방향 소재, 생산 폐기물과 부품이 섬유 회수 공정을 거칠 때 더 긴 고품질 섬유의 더 나은 수율을 주는 것들입니다.

CW: 1차 부품에 대한 회수 공정이 어떻게 진행되는지, 그리고 그 결과 2차 부품을 특징짓는 것이 무엇인지 조금 설명해 주실 수 있나요?

JM: 네. 1차 부품에 대한 재활용 또는 회수 공정은 소각 유형 공정입니다. 그래서 폐 프리프레그 - 오프컷 프리프레그 - 또는 수명 종료 부품이 용광로에 들어가고 모든 수지가 타서 없어지며 탄소섬유가 남습니다. 그리고 그 탄소섬유들이 일련의 공정을 통해 일관된 두께와 무작위 방향의 부직포 매트로 변환됩니다 - 그래서 준등방성 플라크를 만들 수 있게 됩니다.

CW: 이 공정이 ELG[ELG 카본 파이버]가 당신을 위해 하는 것인가요? 그들이 열분해를 처리하나요?

JM: 네, ELG가 그 부분을 합니다. 그래서 우리는 그들에게 폐 오프컷과 일부 부품들을 보내고 그들은 그것을 우리가 2차 부품을 만드는 데 사용하는 전구체 중 하나로 되돌려줍니다.

CW: 그 2차 부품들에 대해 조금 말씀해 주실 수 있나요? 무엇이 그들을 특징짓나요?

JM: 그래서 2차 부품들, 보강재는 주로 회수된 탄소섬유로 만들어지며 특정 영역에서 필요시 버진 섬유를 개별적으로 사용합니다. 하지만 보강재의 대부분은 회수된 섬유입니다. 그리고 우리는 리액티브 열가소성을 도입합니다. 그래서 이건 우리가, 말하자면, 보강재에 주입하는 액체 수지입니다. 그런 다음 경화 유형의 공정이 있고 완성된 부품을 얻습니다. 그리고 이 공정은 비교적 낮은 온도, 상압에서 수행되며 우리는 그런 방식으로 좋은 부품을 얻습니다.

CW: P2T를 가능하게 하는 부분 중 하나는 당신이 "리액티브 열가소성 수지"라고 설명한 이 수지 시스템입니다. 청취자들을 위해 그게 무슨 의미인지 조금 더 설명해 주실 수 있나요?

JM: 그래서 리액티브 열가소성은 어떤 면에서 열경화성 수지와 매우 유사합니다. 우리는 부품을 만들기 직전에 그것을 혼합합니다. 그리고 혼합물에 들어가는 두세 개의 액체 성분이 있습니다. 그것들 각각은 액체입니다. 그리고 그것들이 시간과 약간의 온도와 결합하면 실제 열가소성으로 중합됩니다. 그리고 그 열가소성 특성이 후속 재활용을 가능하게 합니다. 그리고 전통적인 열가소성보다는 리액티브 열가소성인 것의 장점은 우리가 보강 섬유를 감싸는 동시에 열가소성을 효과적으로 생성한다는 사실입니다. 그것은 매우 낮은 점도를 가지므로 정상적인 전통적인, 말하자면 열경화성 유형 공정으로 형성될 수 있습니다. 그것은 용융 열가소성을 섬유 프리폼에 주입하거나 열가소성 프리프레그(열가소성과 섬유가 이미 결합된)를 가져와서 일반적으로 금속 몰드에서 고온 고압으로 재성형하는 데 필요한 고온과 고압이 필요하지 않습니다. 그래서 우리는 열가공점 이상의 열가소성 가공에 필요한 몰드 툴의 복잡성과 비용을 피하고, 몰드 캐비티 내 보강재의 왜곡과 이동을 초래하는 용융 열가소성의 높은 점도로 인한 어려움을 피합니다.

CW: 그리고 그게 비용 절감, 시간 절감으로 이어지고 기본적으로 생산에 꽤 큰 의미가 있다고 추측됩니다...

JM: 맞습니다, 그렇습니다. 그래서 생산 방법은 전통적인 열경화성 산업에서 하는 것과 유사하지만, 툴링 비용은 전통적인 열가소성 가공에 필요할 것보다 훨씬 낮습니다. 그리고 그건 우리 대부분 고객들에게 큰 장점입니다. 당신은 열가소성 몰드 툴 - 또는 단순히 열가소성용 몰드 툴 - 에 대한 선행 투자를 하고 싶지 않습니다.

CW: 그래서 이걸 더 높은 생산량 생산을 위한 인에이블러로 보고 계신가요?

JM: 확실히, 우리는 이것이 더 높은 생산을 위한 인에이블러라고 믿습니다. 사이클 타임은 처리 온도로 램프업, 체류, 그리고 몰드를 돌리기 전에 다시 냉각하는 것을 요구하지 않기 때문에 전통적인 열경화성보다 더 짧을 수 있습니다. 그래서 우리는 전통적인 오븐 또는 오토클레이브 경화 부품 대비 이 공정을 사용하여 속도 이점을 보고 있습니다.

CW: 그리고 물론, 흥미로운 것 중 하나는 거기서부터 이 2차 부품을 다시 재활용할 수 있다는 것입니다. 그래서 이 소재 수명주기에서 3차 부품을 특징짓는 것은 무엇인가요?

JM: 그래서 저는 2차 부품이 진정한 열가소성이기 때문에 다른 형상으로 재성형될 수 있고, 일반적으로 작은 조각들로 잘려서 가열 몰드 사이의 캐비티에 넣고 새로운 형상으로 프레스된다고 말할 것입니다. 그래서 모든 잉여 2차 부품, 2차 부품의 모든 생산 폐기물을 가져와서 다른 섬유 강화 플라스틱 부품 또는 섬유 강화 폴리머 부품으로 재성형할 가능성이 있습니다.

CW: 그리고 거기서부터, 이 3차 부품들이 그 소재의 길의 끝이 반드시 아니더라도...

JM: 맞습니다... 그래서 우리는 이 3차 부품들이 열가소성이기 때문에 거의 무한한 횟수로 재성형될 수 있다고 생각합니다. 그들을 몰딩 팔레트, 말하자면 몰딩 피스들로 자르는 공정은 섬유에 감쇠율을 가지므로... 일부 기계적 특성은 떨어지겠지만, 강성, 열팽창률, 변형 온도 같은 다른 기계적 특성은 꽤 잘 유지될 것입니다. 그래서 당신은 여전히 고품질의 섬유 강화 부품을 얻습니다 - 연속 섬유 부품의 원래 강도나 상대적으로 긴 섬유 부품의 강도는 아니지만 - 확실히 강성, 열팽창, 변형 온도 측면에서의 이점들이 있어 3차 부품을 반복적으로 재가공하는 것이 매우 가치가 있습니다.