테펙스, 첨단 강화 복합소재로 유아 카시트 헤드레스트 경량화·안전성 강화

LANXESS(미국 펜실베이니아주 피츠버그)의 테펙스(Tepex) 연속섬유 강화 열가소성 복합소재는 하이브리드 금속-복합소재 자동차 A-필러 지지대, 자동차 리어 시트 쉘, 센터 콘솔 암레스트 데몬스트레이터 등 CW가 최근 다룬 다양한 자동차 적용 가능성을 보여주었습니다. 최근 회사 사례 연구는 구조적 안전 부품의 경량 구조를 이 목록에 추가했습니다.

LANXESS는 최근 이 소재들의 해당 시장 기회를 보여주기 위해 기술 데몬스트레이터로 유아 카시트 헤드레스트를 개발했습니다. 이 부품은 파티클 폼 복합소재 사출 성형(PCIM) 공정으로 생산됩니다.

"테펙스로 만든 인서트는 상업용 생산 부품 대비 헤드레스트 무게를 최대 30% 줄일 수 있습니다. 충돌 성능도 비슷하게 우수합니다. 생산 공정도 단순화됩니다."라고 LANXESS 테펙스 자동차 그룹의 클라우스 폰베르크(Dr. Klaus Vonberg) 박사는 말합니다. 테펙스는 LANXESS 자회사 본드-라미네이츠 GmbH(독일 브릴론)에서 개발·생산합니다.

이 데몬스트레이터는 독일 연방 경제에너지부가 중소기업 중앙혁신프로그램(ZIM) 일환으로 지원한 초국가 연구 프로젝트의 결과물입니다. 켐니츠 공과대학 경량구조·폴리머 기술학과(SLK), 폴리콤 GmbH(독일 아우엔그룬트), 유아 카시트 제조사 아비오나트(폴란드 샤를레이카)가 참여했습니다.

헤드레스트를 위해 프로젝트 파트너들은 PCIM 기반 대체 생산 공정을 개발했습니다. 개별 부위 강화와 경량화를 위해 테펙스 다이나라이트 104-FG290(4)/47%로 만든 맞춤형 인서트를 사용했습니다. 이는 폴리프로필렌 기반 복합소재로 연속 유리섬유 로빙 두 층으로 강화되었습니다. 인서트는 회전판이 있는 사출 금형에서 단일 공정으로 성형된 후 단유리섬유 강화 폴리프로필렌 컴파운드로 백사출되어 헤드레스트와 등받이 지지 구조를 통합합니다. 사전 제작된 인서트는 두 번째 금형에서 발포 폴리프로필렌(EPP) 기반 파티클 폼으로 백폼 처리됩니다.

반면 기준 헤드레스트는 현재 여러 개별 부품으로 양산됩니다. 지지 구조는 장유리섬유 강화 폴리프로필렌으로, 별도 발포된 EPP 부품과 폴리프로필렌 캐리어 핀 4개로 조립됩니다.

"새로운 고도로 통합된 생산 공정이 기존 공정보다 에너지 효율적일 뿐만 아니라 직접 완성 부품을 만들어냅니다. 부품 총 수를 6개에서 1개로 줄여 물류와 기계 설비 측면에서 생산 비용도 낮춥니다."라고 켐니츠 공과대학 연구원이자 ZIM 프로젝트 책임자인 노르베르트 슈람(Norbert Schramm)은 말합니다.

현재 유리섬유 버전 헤드레스트 부품의 중량 절감은 약 26%지만, 참가자들은 더 큰 잠재력을 봅니다. 슈람에 따르면, "복합소재 반제품과 사출 성형 소재에 탄소섬유 기반 보강을 사용하면 거의 30% 더 가벼운 조립체가 됩니다."

프로젝트에서 SLK는 소재 선정, 복합소재 접착 분석, 구조 설계, 위상 최적화를 수행했습니다. 폴리콤은 데몬스트레이터 개발·설계 구현, 프로토타입 생산, 시스템 개념 최적화를 주도했습니다. 아비오나트는 힘 전달 영역 분석, 설계 개발, 헤드레스트와 전체 시트의 현실적 충돌 시험에서의 충돌 거동 검토를 수행했습니다. LANXESS는 파트너들의 소재 선택을 돕고 하이브리드 몰딩 공정 개발 등 작업을 지원했습니다.

LANXESS는 테펙스와 신공정이 영유아 캐리어, 등받이, 암레스트, 자율주행차의 복잡한 시팅 컨셉이나 셔틀·VIP·패밀리 버스, 전기차용 컴포트 시트 시트 쉘 생산에도 잠재력이 있다고 봅니다.