솔베이, 시그넷 텍스킴프 4축 필라멘트 와인더로 저가 프리프레그 생산 가속

복합소재 및 기술 공급업체 솔베이(미국 조지아주 알파레타)는 섬유 핸들링 전문업체이자 맞춤 기계 제조사인 시그넷 텍스킴프(Cygnet Texkimp, 영국 체셔)가 설계·제작한 4축 로봇 필라멘트 와인딩 기계를 설치해 저가 프리프레그 소재와 복합소재 부품을 생산합니다.

맞춤형 와인딩 기계는 솔베이의 영국 애플리케이션 센터(헤이너 소재 R&D 시설)에 설치되었습니다. 이곳에서 회사는 자동차 및 항공우주 등 대량 시장 복합소재 채택을 위한 신기술과 공정을 개발합니다.

고속 다층 프리폼

필라멘트 와인더는 솔베이의 더블 다이어프램 포밍(DDF) 기술과 압축 성형으로 성형 가능한 대형 복합소재 시트 또는 프리폼 생산을 가능하게 하도록 시그넷 텍스킴프가 설계했습니다. 목표는 후드와 트렁크 리드 등 자동차용 비용 효율적인 외장 부품 제작입니다.

"우리가 개발한 기계는 사실상 반자동 드럼 와인더입니다." 시그넷 텍스킴프 매니징 디렉터 루크 바디(Luke Vardy)는 설명합니다. "하지만 이 유형 전통 기계들과 달리 훨씬 넓은 범위의 각도로 섬유를 와인딩할 수 있어 고객에게 다층 프리폼 내 소재 물성 맞춤에 더 큰 유연성을 제공합니다."

와인더는 분당 100미터까지 섬유 속도로 와인딩 가능하며, 길이 2.2미터, 직경 0.6미터 맨드릴을 수용해 최대 2제곱미터 크기 프리폼을 생산합니다. 완성된 와인딩은 맨드릴에서 슬라이스되어 통합 자동 절단 유닛으로 크기에 맞게 트리밍된 후 전용 이송 테이블로 다음 가공 단계로 이송됩니다.

"시그넷 텍스킴프가 우리와 긴밀히 협력해 고도로 제어되고 효율적인 공정을 개발해 많은 노동 요건을 제거하고, 고객들에게 우리 수지와 소재로 카본 파이버 프리프레그를 얼마나 빠르고 비용 효율적으로, 경쟁력 있게 생산할 수 있는지 보여줄 수 있게 되었습니다."라고 솔베이 공정 엔지니어 리처드 러셀(Richard Russell)은 말했습니다. "특히 자동차 시장에서 이는 중량급 고성능 복합소재 부품을 중량 생산하는 매우 흥미로운 대안적 방식입니다."

스프레드 토우용 일정한 텐션

와인더는 통합 4위치 구동 크릴에서 드라이 섬유(토우)를 가져와 어플리케이션 헤드로 공급합니다. 구동 크릴이 공정 전반에 걸쳐 섬유 텐션을 제어합니다. 이는 와인딩 공정 전반에서 발생하는 섬유 속도 변동에도 일관된 스프레딩을 보장합니다.

4개 토우가 어플리케이션 헤드 위에서 스프레드되어 50밀리미터 폭의 통합 시트 또는 테이프를 형성하고, 여기에 솔베이 수지 시스템이 맨드릴에 놓이기 직전 적용됩니다.

시그넷 텍스킴프 설계에는 솔베이 첨단 수지들을 적용 지점에서 혼합하는 수지 계량 시스템이 포함되어, 사전 혼합 수지가 적용 전 경화되거나 특수 조건 하에 보관되어야 하는 문제를 해결합니다.

솔베이는 BMW(독일 뮌헨)와 협력해 필라멘트 와인딩 카본 파이버 프리폼의 다이어프램 포밍으로 M4 GTS 후드 생산을 시연한 바 있습니다.

자세한 내용은 솔베이 '자동차 응용 분야용 복합소재' 브로셔(p.7) 참조.