SABIC과 Airborne, 섬유 강화 열가소성 라미네이트용 디지털 복합재 라인 출시

SABIC은 Airborne과 협력해 Digital Composites Manufacturing Line을 개발했습니다. 이 라인은 UD 열가소성 테이프를 니어넷셰이프 평면 라미네이트로 신속하게 레이업(왼쪽)하고, 접촉 가열 공정으로 콘솔리데이션(가운데)한 후 트리밍과 검사(오른쪽)를 수행합니다. Airborne은 내년부터 소비자 가전 고객에게 맞춤형 라미네이트 출하를 시작할 예정입니다. 출처 | SABIC.

SABIC(네덜란드 베르헨 옵 줌)은 2012년 열가소성 복합 테이프 사업에 진출하기로 결정했습니다. 회사는 이미 단섬유 사출과 장섬유 열가소성(LFT) 소재(유리섬유와 탄소섬유 강화 모두)에서 광범위한 폴리머 포트폴리오를 보유하고 있었으므로 연속 섬유 테이프는 핵심 기술의 논리적 확장이었습니다. 또한 열가소성 테이프로의 중력 이동은 에너지 소비가 낮고 더 지속 가능하며 작업자에게 더 건강한 환경을 제공하는 소재와 공정 기술을 선호하는 업계 트렌드와 일치했습니다. SABIC은 열가소성 테이프가 다중 시장에서 미개척 기회가 충분하다고 확신했습니다(「소비자 가전: 하이브리드 복합 커버」 참조).

초기에 열가소성 테이프 팀은 소재, 설계, 가공 세 가지 상호 연관된 기술에 집중하기로 했습니다.

"우리의 목표는 대량 생산, 비용 효율성, 재현성이 가능한 테이프 기술을 개발해 모든 부품이 동일한 높은 품질을 갖게 하는 것이었습니다."라고 SABIC 글로벌 복합재 리더 Gino Francato는 설명합니다. "우리가 생산하는 소재가 가공성이 좋고 매우 효율적이며 매우 짧은 사이클 타임으로 성형되길 원했습니다. 많은 고객이 금속 설계에 더 익숙했으므로 새로운 개념과 설계 도구를 제공해야 한다는 것도 알았습니다."

광범위한 벤치마킹 결과, 일관되게 고품질의 얇은 테이프를 원하는 치수 안정성으로 제작하는 핵심 파라미터는 섬유 스프레딩과 함침 기술임이 명확해졌습니다. 결국 SABIC은 Fiber Reinforced Thermoplastics B.V.(네덜란드 렐리스타드)와 연결되어 절실히 필요한 전문성을 얻었고, 2015년 이 회사의 과반 지분을 인수했습니다.

놀랍지 않게도 설계와 공정 모델링도 또 다른 부족 영역이었습니다. 많은 SABIC 고객이 단섬유 및 장섬유 유리 사출 성형 그레이드로 설계하는 데 익숙했지만, 연속 섬유 제품은 특히 사출 오버몰딩과 결합될 때 다른 이야기였습니다.

"자동차와 소비자 가전 같은 산업은 더 이상 시행착오[만들고 부수기] 접근으로 비즈니스를 할 수 없으므로, 각 소재의 거동과 그들 간의 상호작용을 정확히 예측하는 방법을 알아야 합니다."라고 SABIC 스태프 사이언티스트 글로벌 애플리케이션 기술 Scott Davis는 설명합니다. 이로 인해 SABIC 내부에서 인기 있는 구조 및 공정 CAE(Computer-Aided Engineering) 툴과 연동하는 예측 도구 개발 프로그램이 야심차게 추진되었습니다. 현재 유한요소해석(FEA) 기반 패키지인 LS-DYNA(Livermore Software Development Corp., 캘리포니아 리버모어)와 ABAQUS(Dassault Systèmes, 프랑스 벨리지-빌라쿠블레)용 소재 카드가 제공된다고 합니다.

또 다른 깨달음은 일관되게 좋은 테이프를 생산하는 것만으로는 이러한 '미개발' 기술에 충분하지 않다는 점이었습니다. 공정 엔지니어링 노하우와 고생산 속도에서 테이프를 처리할 자동화 장비가 팀이 필요하다고 느낀 수준에 아직 미치지 못했기 때문입니다.

"많은 회사가 이런 고품질 제품을 생산할 수 있을 거라 기대했지만 그렇지 않았습니다." Francato가 덧붙입니다. "업계를 살펴보고 많은 회사를 봤지만 대부분 자동차 니즈에 집중되어 있었고, 특히 소비자 가전 시장을 지원하기에 적절한 수준의 회사를 찾을 수 없었습니다." 그때 SABIC 복합 테이프 팀은 Airborne(네덜란드 헤이그)을 소개받았습니다. Airborne은 기계 제조사이자 복합재 가공 라인 개발사입니다. Airborne은 이미 열가소성 테이프로 오일&가스 산업용 파이프 제작 장비 개발에 성공한 바 있으며, 항공우주 산업에서 열경화성 테이프 경험도 있었습니다.

"Airborne이 우리와 같은 목표를 가졌다고 느꼈습니다." Francato는 계속합니다. "그들은 단순한 기계 제작자가 아니라 복합재를 알고 복합재의 과제를 이해했습니다." 그는 설명합니다. "테이프 라인 자동화에 대한 이 모든 경험이 있었지만 소재 분야에는 진출하고 싶지 않았고, 우리는 소재 전문성은 있었지만 자동화는 핵심 역량이 아니었습니다."

2017년 SABIC은 Airborne의 소수 지분을 인수했고, 두 회사는 열가소성 테이프 기반 라미네이트를 완전 자동화 환경에서 연간 수백만 개 규모로 생산하는 데 필요한 공정과 장비 개발에 협력했습니다. 이 시스템은 결국 Digital Composites Manufacturing Line(「고속, 고생산율 열가소성 복합재 제조」 참조)으로 명명되었습니다.