코르사-포드 오토산, 대형 트럭용 첨단 복합소재 리프 스프링 공동 개발

타이어 및 건설용 보강재와 복합소재 기술을 글로벌 공급하는 코르사(Kordsa, 이스탄불, 터키)는 미국 기업 인수를 통해 항공우주 역량을 확장한 바 있습니다(제프 슬론 블로그 '코르사 전략' 참조). 회사는 자동차 및 대형 트럭 분야로도 제품군을 확대하고 있으며, 2019년 10월 10~12일 이스탄불에서 열린 투르크 콤포지트 2019 복합소재 서밋에서 '대형 상용차용 복합소재 리프 스프링 생산을 위한 코르사의 소재 개발'이라는 주제로 발표했습니다. 이 발표에서는 코르사와 포드 오토산(Ford Otosan)이 공동 개발한 기술로, 포드 트럭의 대형 트럭 섀시 시스템을 경량화하고 구조 건전성 모니터링 시스템을 통해 공정 최적화, 부품 인증, 온라인 건전성 모니터링을 구현하는 내용을 다뤘습니다.

섀시 부품, 복합소재 적용의 최적 기회

코르사는 섀시 부품이 차량 중량에서 가장 큰 비중을 차지하면서도 반복적인 동적 하중을 받는 구조 부품이라는 점에서 복합소재 적용의 독특한 기회라고 설명합니다.

코르사와 포드 오토산의 목표는 복합소재 리프 스프링 생산으로 강철 대비 75% 경량화를 달성해 CO₂ 배출 저감, 연비 향상, 적재량 증대를 실현하는 것입니다. 이는 차량의 비현가 질량도 감소시켜 다른 시스템의 추가 경량화와 소음·진동·불쾌감(NVH) 수준 개선을 통한 승차감 향상으로 이어집니다.

도전적인 성능 목표와 생산 요구사항

이 대형 트럭용 복합소재 리프 스프링의 목표는 매우 도전적입니다. 13.4톤의 차축 하중을 견디고 가혹한 운행 환경을 견뎌야 하며, 최소 100만 km의 긴 피로 수명을 보장해야 합니다. 이에 따라 최대 110mm 두께의 두꺼운 복합소재 부품은 충분히 높은 섬유 부피 함량과 낮은 기공률, 120~150℃ 사이의 유리전이 온도(Tg)를 가져야 합니다. 생산 속도는 대형 트럭 양산 수준인 연간 최대 10,000개에 맞춰야 하므로 경화 사이클은 1시간 미만이어야 하며, 비용 경쟁력도 갖춰야 합니다.

프리프레그 압축 성형 공정 채택

코르사와 포드 오토산은 균일한 수지 분포와 향상된 섬유 정렬로 왜곡과 두께 편차를 줄여 최적화된 강성을 제공하며, 높은 신뢰성과 반복성을 제공하는 프리프레그 압축 성형 공정을 선택했습니다. 코르사는 다양한 단방향 탄소섬유 및 유리섬유/에폭시 프리프레그 배치를 생산하고 각각에 대한 완전한 소재 특성 평가를 수행해, 포드 오토산이 CAE(컴퓨터 지원 엔지니어링) 툴에 입력할 소재 데이터를 개발했습니다. 이어 프로토타입 대형 트럭 리프 스프링의 하중 케이스를 상세히 분석하고, 파이버 브래그 그레이팅(FBG) 센서를 활용해 하중 검증과 생산 파라미터 탐색, 피로 특성 평가를 진행했습니다.

강철 대비 75% 경량화 달성

최종 프로토타입은 강철 대비 75% 경량화를 달성하면서 인장 강도, 압축 강도, 피로 저항성을 향상시켰습니다. 코르사는 포드 오토산 및 다른 운송 장비 제조사들과 개발을 지속하며, 자동차, 트럭, 항공기, 선박에서 강철, 알루미늄, 마그네슘 대비 더 가벼운 복합소재 구조로 전환해 전 세계 CO₂ 배출 저감 캠페인에서 가치 있는 파트너임을 입증하고 있습니다.

출처 | 코르사 및 포드 오토산