자동차 부문, 엔지니어링 열가소성 성능 발전 주도

여러 회사가 쇼에서 신제품을 소개했습니다. 예를 들어, JM 폴리머스는 재활용 사출 성형 가능 단탄소 섬유 강화 폴리아미드 6/6인 파이버엑스2(FiberX2) 라인에 세 가지 등급을 추가했습니다. 출처 | 케이티 오콘스키/SPE

플라스틱 엔지니어 협회(SPE, 미국 코네티컷주 베델)는 5월 7일 미국 미시간주 트로이에서 제14회 자동차 엔지니어링 플라스틱 컨퍼런스(AutoEPCON)를 개최했습니다. 이 하루 행사는 SPE의 디트로이트 지역 TPO 자동차 엔지니어링 폴리올레핀 컨퍼런스(Auto TPO)와 자동차 복합재 컨퍼런스 및 전시회(ACCE) 사이의 성능 격차를 메웁니다.

AutoEPCON 2019 기술 프로그램은 4개의 기조연설과 3개 병렬 세션의 27개 기술 발표로 구성되었습니다. 오전과 오후 휴식 시간 동안 325명의 참석자가 21개 전시관을 방문하고 네트워킹했으며, 저녁 리셉션에 참석했습니다.

흥미롭게도, 올해 컨퍼런스의 지속적인 주제는 폴리아미드(PA) 레진과 탄소 섬유 강화 열가소성(CFRTP)였습니다.

PA 6/6 부족 사태

폴리아미드는 부분적으로 PA 6/6의 전 세계적 부족으로 인해 주요 초점이 되었습니다. 이는 PA 6과 함께 자동차 산업에서 널리 사용되며, 내장재, 외장재, 엔진룸, 파워트레인 응용 분야에서 순수 및 강화 형태로 모두 사용됩니다. 공급 병목 현상이 해소될 때까지 OEM과 공급업체는 성능을 희생하지 않으면서 대체 폴리머나 재활용 PA 6/6 같은 다른 옵션을 찾기 위해 분주합니다. 따라서 많은 전시업체가 디스플레이에서 PA 6/6 대안을 홍보하고, 많은 연사가 버진 및 재활용 옵션을 설명하는 것은 놀라운 일이 아니었습니다. 사실, "나일론과 폴리카보네이트: 어떻게 여기까지 왔고 무엇이 앞에 있는가"에 대한 기조연설에서 IHS 마킷(IHS Markit, 미국 텍사스주 휴스턴)의 글로벌 엔지니어링 폴리머 디렉터 브렌든 둘리(Brendan Dooley)는 이 상황을 초래한 불운한 사건의 연쇄를 논의했습니다.

"이 부문은 제 몫 이상의 도전을 겪었습니다."라고 둘리는 설명했습니다. "첫째, 2015년 중국 신규 아디포니트릴 공장에서 발생한 치명적인 화재로 PA 6/6 생산에 필요한 모노머 글로벌 공급의 18%가 사라졌습니다. 그 공장은 재건되지 않았습니다. 게다가 과도하게 더운 날씨, 과도하게 추운 날씨, 허리케인, 설비 고장, 화재, 노동 쟁의로 인한 혼란으로 공급이 영향을 받았습니다. 그리고 올해 말 프랑스의 아디포니트릴 공장이 유지보수와 업그레이드를 위해 가동을 중단할 예정입니다. 결국 확장으로 글로벌 아디포니트릴 생산 능력이 증가하겠지만, 단기적으로는 공급을 더욱 타이트하게 만들 것입니다." 둘리는 PA 6/6 공급이 2020년부터 완화되기 시작하고 2022년까지 PA 6과 가격 동등성을 회복할 것으로 예상합니다.

탄소 섬유 업그레이드

탄소 섬유는 또 다른 큰 주제였지만, 이유는 달랐습니다. 작년에는 불과 몇 명의 연사만 언급하고, 몇 명의 전시업체만 CFRTP를 강조했습니다. 그러나 올해는 최소 6개 세션에서 논의되었고, 제너럴 모터스(General Motors Co., 미국 미시간주 디트로이트)의 첨가 설계 및 제조 디렉터 케빈 퀸(Kevin Quinn)의 "엔지니어링 플라스틱과 적층 제조" 기조연설에서도 다뤄졌습니다. 또한 여러 회사가 쇼에서 새로운 탄소 섬유 강화 PA(CF/PA) 소재를 소개했습니다.

미쓰비시 케미칼 어드밴스드 머티리얼즈(Mitsubishi Chemical Advanced Materials Inc.)가 제14회 SPE AutoEPCON에서 새로운 40wt% CF/PPA 컴파운드인 키론맥스(KyronMax) ES 4240(위 그래프의 금색 막대)을 소개했습니다. 출처 | Mitsubishi Chemical Advanced Materials Inc.

이 중에는 JM 폴리머스(미국 일리노이주 시카고)가 있었는데, 작년 항공우주 프리프레그에서 회수된 섬유와 스포츠 용품에서 재활용된 레진으로 만든 재활용 사출 성형 가능 단 CF/PA 6/6 등급인 파이버엑스2(FiberX2) 라인을 출시했습니다. 초기 제품은 20wt%와 40wt% 섬유 강화 두 등급이었지만, 올해 세 가지 새 등급으로 돌아왔습니다. 두 개는 10wt%와 30wt% 섬유를 특징으로 하며, 세 번째는 재활용 탄소 섬유와 버진 유리 섬유의 하이브리드를 특징으로 합니다.

표준 PA 6/6 단섬유 CF(왼쪽 막대 쌍)와 장섬유 CF(가운데 막대 쌍) vs 미쓰비시의 새로운 키론맥스 2330(오른쪽 막대 쌍)을 사용한 8주 수분 포화 테스트 전후 굴곡 탄성률 값. 출처 | Mitsubishi Chemical Advanced Materials Inc.

또한 새로운 CF/PA 등급을 소개한 곳은 미쓰비시 케미칼 홀딩스 그룹(MCHC)의 새로 형성된 사업부인 미쓰비시 케미칼 어드밴스드 머티리얼즈(MCAM)입니다. 이 사업부는 MCHC가 인수한 두 이전 회사인 콰드란트 AG(Quadrant AG, 스위스 렌츠부르크) — 유리 매트 열가소성 복합재와 열가소성 형상 생산 — 과 파이퍼 플라스틱(Piper Plastics Inc., 미국 애리조나주 챈들러) — 사출 성형업체에서 컴파운더로 전환하여 키론맥스(KyronMax)라는 사출 성형 가능 단탄소(6mm/24K 토우) 열가소성을 생산 — 를 결합합니다. 사용 가능한 매트릭스는 PA 6/6과 폴리프탈아미드(PPA)부터 고온 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아릴에테르케톤(PAEK)까지 범위가 있습니다. 독특한 사이징 화학, 프레스 수정, 우수한 가공의 조합이 이 컴파운드가 단유리, 단유리/광물 열가소성, 장섬유 열가소성(LFT)뿐만 아니라 금속도 대체하는 데 도움이 되었다고 보고됩니다.

표준 PA 6/6 단섬유 CF(왼쪽 막대 쌍)와 장섬유 CF(가운데 막대 쌍) vs 미쓰비시의 새로운 키론맥스 2330(오른쪽 막대 쌍)을 사용한 8주 수분 포화 테스트 전후 인장 강도 값. 출처 | Mitsubishi Chemical Advanced Materials Inc.

"더 나은 흐름과 섬유 상호작용 덕분에, 키론맥스로 성형된 부품은 내부 응력이 낮고 섬유 배향이 적을 뿐만 아니라, 싱크와 워페이지가 적고, 용접 라인이 더 강하며, 두껍거나 얇은 섹션에서 치수 정확도가 더 높습니다."라고 MCAM 열가소성 탄소 복합재 핵심 계정 매니저 알렉스 보이치아크(Alex Wojtysiak)는 설명합니다. "결합하여, 이 기술들은 우리가 세계 최초의 단탄소 사출 성형 구조 컴파운드를 도입하여 60,000 psi [414 MPa] 인장 강도 장벽을 깨는 데 도움을 주었습니다." AutoEPCON에서 소개된 그 새 등급, 키론맥스 ES 4240은 40wt% 단탄소 PPA입니다.

MCAM은 또한 2300 S 시리즈 라인을 소개했는데, 이는 더 낮은 수분 흡수와 향상된 내화학성으로 CF/PA 6/6의 기계적 성능을 제공합니다. 매트릭스는 폴리아미드로 설명되지만 PA 6/6도 PPA도 아닙니다.

쇼에서 데뷔한 MCAM이 자동차 엔진룸 응용 분야를 위해 특별히 개발한 세 번째 제품은 유리 전이 온도와 연속 사용 온도 값이 PEEK만큼 높은 고온 CF/PPA 등급입니다.

보이치아크는 파이퍼가 자체적으로 자동차 산업을 타겟팅할 자원이 부족했지만, 이제 팀이 미쓰비시의 일부가 되면서 이 부문을 커버하기 위해 사람들을 배치하고 특별히 등급을 제조하고 있다고 말합니다.

AutoEPCON은 2020년 4월 20일 미국 미시간주 트로이 디트로이트 메리어트 트로이에서 다시 개최됩니다.