CAMX 2018 하이라이트: 최첨단 혁신 공개

실제로는 순서대로 다루지 않고, 전시된 새로운 열가소성 복합재 소재부터 시작하여 CAMX 2018 하이라이트를 다뤄보겠습니다.

텍심(TEXIM) 열가소성 프리프레그

인만 밀스(Inman Mills, 미국 사우스캐롤라이나주 인만)는 특허받은 코어 얀(core yarn) 제품으로 만든 텍심 열가소성 프리프레그를 전시했습니다. 이는 강화 섬유 코어(예: 유리섬유)가 방적 열가소성(TP) 스테이플 섬유로 피복된 구조입니다. 위 오른쪽 사진에서 TP 피복이 물리적으로 밀려나 유리섬유 코어가 드러난 것을 볼 수 있습니다. TP 피복은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스터, 나일론, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌 설파이드 또는 미세 스테이플 섬유로 압출 가능한 모든 TP 폴리머로 만들 수 있습니다. TP 피복과 강화 섬유의 비율은 복합재 요구사항에 맞게 조정 가능하며, 복합재 코어 얀은 직조, 편직 등 섬유 공정으로 쉽게 가공할 수 있습니다.

텍심은 공정 단계가 적어(섬유 생산과 섬유 가공만 포함) 다른 열가소성 프리프레그 대비 저비용 잠재력이 있으며, 우수한 통합과 향상된 드레이프 및 딥 드로우 금형 순응성을 제공한다고 합니다. 텍심 유리섬유 및 열가소성 프리프레그 직물은 다층 직조 기능 덕분에 특정 두께로 맞춤 주문 가능하며, 충격 저항을 위한 아라미드 필라멘트 등 제3, 제4 구성 요소 추가도 가능합니다.

자동차용 곡면 풀트루전

이전 CAMX 2018 블로그에서 L&L 프로덕츠의 자동차 부품용 연속 복합재 구조(CCS) 풀트루전 출시를 다뤘습니다. 이 보고서는 풀트루전의 자동차 분야 성장에 대한 두 번째 조명이지만, 곡면 구조를 통한 것입니다. 토마스 테크닉 & 이노베이션(Thomas Technik & Innovation)이 CAMX 2018에서 레디우스 풀트루전 시스템을 전시하며, 미국 미시간주 그랜드헤이븐의 셰이프 코프(Shape Corp)에서 첫 운영 장비를 선보였습니다. 2017년 6월 CW 기사 '곡면 풀트루전?'에 설명된 바와 같이, 셰이프 코프는 금속 및 플라스틱 자동차 부품의 글로벌 티어 1 공급업체지만, 레디우스 풀트루전 시스템을 '자동차 범퍼 빔 제조 가능하게 하기 위해' 구매했습니다. 이 회사는 곡면 풀트루전을 활용해 고도로 엔지니어링된 중공 및 폐쇄형 프로파일을 제작한 공로로 2017 CAMX ACE 어워드 무한 시장 성장 가능성 부문 최종 후보에 올랐습니다. 위 사진에서 보듯 레디우스 풀트루전 기술은 단일 맞춤형 라미네이트에 다양한 유형의 보강재를 사용하는 것도 가능하게 합니다.

히트콘(Heatcon) 스마트 석세퍼(Smart Susceptor)

히트콘은 복합재 수리용 장비와 서비스를 공급합니다. 회사는 CAMX 2018에서 스마트 석세퍼 열 담요 기술을 전시했는데, 이는 간접 유도 가열을 통해 복합재 수리 및 경화 열 적용에 혁신을 가져옵니다. 전기 저항 열 담요는 수십 년간 복합재 수리의 주력 장비였습니다. 비교적 견고하고 단순하지만, 열적으로 복잡한 구조물에서 충분한 온도 균일성을 달성하지 못하는 경우가 많습니다. 담요 면적 전체에 균일하게 열을 발생시키지만, 복잡한 구조물은 하부 구조의 서로 다른 소재 밀도와 열 싱크로 인해 열을 균일하게 흡수하지 못합니다. 반면 스마트 석세퍼 기술은 열 담요를 능동 기술로 변환하여, 원하는 온도에 도달한 영역에는 전력(열)을 줄이고 더 차가운 영역에는 계속 열을 가합니다. 이로써 열 싱크를 완화하여 온도 균일성을 높이고, 수리 및 이차 접착 작업에 원래 부품 제조 조건을 복제하여 필요한 구조적 무결성 수준을 제공합니다.

작동 원리는? 열 담요의 1차 와이어를 저항 가열용 전원에 연결하는 대신, 스마트 석세퍼 시스템에서는 고주파 유도 전원에 연결합니다. 에너지는 전자기적으로 2차 가열 와이어에 전달됩니다. 이 2차 와이어는 원하는 경화 온도에서 퀴리 온도(Curie Temperature)를 갖도록 설계된 금속 합금을 사용합니다. 퀴리 온도는 금속 합금이 자기적 특성을 잃고 유도를 통한 열 발생 능력을 상실하는 온도입니다. 따라서 원하는 경화 또는 드웰 온도에서 핫스팟은 가열을 중단하고, 스마트 석세퍼 핫 본더 장치에 입력된 경화 프로그램에 따라 온도가 낮아지면 다시 가열을 시작합니다. 복잡한 컴포지트 스킨 패널(햇 스트링거 보강) 데모 테스트에서 경화 중 최고점과 최저점 간 온도 차이는 5°C에 불과했으며, 저항 열 담요 사용 시 14°C였습니다.

헌츠맨, 리프 스프링·휠·씬플라이 에일러론·나노기술 발전

헌츠맨 어드밴스드 머티리얼즈 부스에는 다양한 흥미로운 복합재 부품이 전시되었습니다. MBHA 컴포지트(스페인 비야레알, ZIUR 복합재 솔루션으로도 알려짐)가 제작한 자동차용 리프 스프링은 중형 트럭용으로, 헌츠맨 에폭시 수지를 고압 수지전사성형(HP-RTM) 공정으로 사용해 제작되었습니다. CW는 에폭시 프리프레그와 폴리우레탄 수지 HP-RTM으로 만든 유리섬유 리프 스프링을 보도한 바 있지만, 에폭시와 HP-RTM으로 만든 리프 스프링은 처음입니다. "1년 넘게 협력하며 HP-RTM용 최적 성능을 내도록 에폭시 제형을 개선했습니다."라고 헌츠맨 비즈니스 개발 매니저 매트 포그(Matt Pogue)는 말합니다. 그는 이 제품에서 Tg가 고려되었지만 결정적이지는 않았다고 덧붙입니다. "배기 시스템 근처에 위치한 복합재 응용 분야를 위한 더 새로운 고Tg 시스템도 보유하고 있습니다."

또 다른 자동차 복합재 응용 분야로 ESE 카본이 제작한 올-탄소섬유 강화 폴리머(CFRP) 일체형 휠이 전시되었습니다. "탄소 복합재 휠은 더 높은 성능과 연비 개선을 위해 선호되지만, 더 비싸서 광범위한 채택의 핵심 이슈였습니다."라고 ESE 카본 CEO 카를로스 에르미다(Carlos Hermida)는 설명합니다. "우리 휠은 인퓨전 방식이라 사용할 수지 선택에 더 유연하면서도 자동차 산업에 더 비용 효율적입니다. 조지아주 재스퍼 시설 확장이 완료되면 3시간마다 25개 휠을 생산할 수 있습니다." ESE 카본은 헌츠맨 아랄다이트 에폭시 수지를 사용합니다. "Tg 200°C 이상과 인퓨전용 좋은 흐름, 좋은 외관 표면 마감을 달성할 수 있는 능력을 원했습니다."라고 그는 설명합니다.

"탄소 복합재 휠에 대한 관심이 많지만, 고온 및 구조적 요구사항으로 매우 까다로운 제품입니다."라고 에르미다는 말합니다. ESE 카본은 현재 가열 테스트를 포함한 구조 및 성능 테스트를 완료 중입니다. "2019년 초에는 도로 테스트용 휠을 갖출 것입니다."라고 그는 덧붙입니다. 회사는 애프터마켓과 고성능/저량산 차종을 우선 공략합니다. "제조 규모를 확대하면서 더 높은 생산 모델로 나아갈 것입니다."라고 에르미다는 말합니다. 그는 더 가벼운 휠이 승수 효과가 있다고 설명합니다. "회전 관성 때문에 휠에서 1파운드 절감은 차체 다른 곳의 약 4파운드 절감과 동등합니다." 이 매력은 배터리 중량이 높고 이를 차체 다른 곳에서 상쇄해야 하는 전기차에도 유효합니다.

또 다른 눈길을 끄는 부품은 에어버스, 노스 씬플라이 테크놀로지(NTPT), 디시전 SA, RUAG, 로잔 연방공과대학, 스위스 북서부 응용과학대학 로고가 있는 CFRP 에일러론이었습니다. "NTPT가 자사의 씬플라이 프리프레그 제조 시스템으로 작동할 에폭시 수지를 요청했습니다. 상용 항공기용 데모 에일러론 생산을 위해서였죠."라고 헌츠맨 항공우주 마케팅 매니저 카일 잉그램(Kyle Ingram)은 전합니다. "우리는 에폭시 제형을 공급했고 NTPT가 독자적 방법으로 스프레드 토우 탄소섬유 프리프레그를 생산했습니다. 완성된 부품은 씬플라이 프리프레그로 생산형 항공기 구조물을 만들 수 있음을 입증했습니다." 잉그램은 기존 탄소섬유 프리프레그 구조 비용이 여전히 높아 협동체 항공기 날개와 동체에 널리 채택되지 못한다고 덧붙입니다. "씬플라이가 이 문을 열었지만, 생산 비용과 속도 목표를 충족할 수 있음을 입증해야 합니다."

CW는 헌츠맨 혁신 부사장 데이비드 해트릭(David Hatrick)과 나노컴프 테크놀로지스 인수에 대해서도 이야기했습니다. "나노컴프를 헌츠맨에 통합하는 과정은 거의 완료되었습니다."라고 해트릭은 설명합니다. 그는 헌츠맨이 나노컴프 테크놀로지의 미랄론(MIRALON) 탄소나노튜브(CNT) 섬유 개발을 세 가지 주요 분야에서 우선시한다고 언급했습니다:

• 가열 시스템 - 전도성 및 복사 시스템(예: 자동차 응용)
• 전도성 접착제
• 복합재 - NASA 프로그램으로 현재 미랄론 CNT 섬유보다 더 높은 물성을 가진 2세대 더 정렬된 '슈퍼파이버' 개발

미랄론 시트를 복합재 라미네이트의 인터리프로 사용하는 기술도 있지만, 해트릭은 이것이 높은 우선순위는 아니라고 말합니다. "헌츠맨과 나노컴프의 R&D 팀이 잘 융합되었고, 매우 명확한 마일스톤이 설정되어 있습니다."라고 그는 말합니다. 그는 미랄론 섬유가 입자 형태가 아닌 섬유 형태로 CNT 기술을 제공한다는 점이 매력적이었다고 지적합니다. "우리의 의도는 이를 수지나 라미네이트 형태로 캡슐화하는 것입니다." 그는 헌츠맨이 헤이데일과 그래핀 소재 작업도 하고 있다고 언급합니다. 다시 한번 접근법은 그래핀을 캡슐화하여 이미 수지에 혼합된 상태로 판매하는 것입니다. "도전은 공급망 수명 동안 안정적인 좋은 분산을 얻는 것입니다."라고 해트릭은 말합니다. "소재에 대한 좋은 지식이 있어야 하고, 생산 규모를 확대할 수 있어야 하며, 좋은 제품 지원도 제공할 수 있어야 합니다."