캐미칼리포트
코오롱플라스틱, Multi Direction KompoGTe® 개발
작성자 : 취재부
2019-12-05 |
조회 : 1384
생산 Process 개발 및 신규 공정 개발로 한층 더 성장
코오롱플라스틱㈜의 고강성 경량화 열가소성 복합소재 KompoGTe®가 생산 Process 개발 및 신규 공정 개발을 통해 한층 더 성장하고 있다. KompoGTe®는 고강성 경량화 열가소성 복합소재로서 크게 LFT, UD Tape, Laminated Sheet, Woven Sheet로 분류되는 다양한 종류의 중간재 포트폴리오를 가지고 있다.
KompoGTe®의 Process 기반인 LFT는 Long Fiber reinforced Thermoplastic의 약자로, 베이스 resin에 다양한 종류의 열가소성 수지와 강화 섬유를 함침시켜 일정한 길이로 커팅된 펠릿 형태를 가지는 소재이며, 기존 컴파운딩 공정에서 생산되는 일반적인 섬유 강화 플라스틱 소재(~2㎜)에 비해 잔존 섬유의 길이가 길어(10~12㎜) 높은 물성을 나타내는 장점을 가지고 있다.
UD Tape의 생산 공정은 LFT의 공정과 유사하나 커팅을 하지 않는 인발 성형공법으로 생산되는 소재이며, 보강재인 섬유가 끊기지 않고 연속적으로 배향되어 있어 LFT에 비해 더 높은 물성을 구현한다.
이러한 UD Tape은 다양한 패턴으로 적층되어 sheet 형태인 laminated sheet로 제작하기도 하며, 얇은 폭으로 생산한 UD Tape을 제직하여 woven sheet 형태로도 제작한다.
UD Tape을 이용한 laminated sheet의 경우 UD Tape의 단일 두께가 중량 절감 효율을 극대화하는데 상당히 중요하다. 국내 복합소재 시장에 일반적으로 유통되고 있는 PP/GF60의 UD Tape 두께는 0.25㎜로서 [0°/90°/90°/0°] 로 구성된 Unit(0.25㎜ × 4ply = 1.0㎜)을 기본으로 제작된다. 이러한 특성으로서 제품 설계 시 기본 Unit의 두께를 고려하여 그의 배수로 설계해야 하며, 제품의 요구 성능보다 과도하게 높은 물성으로 설계되는 경우도 있다.
코오롱플라스틱㈜의 KompoGTe®는 이러한 문제를 해결하고자 UD Tape의 기본 구성 Unit의 두께를 낮추는 연구를 지속적으로 진행해 왔다. 그 결과 [그림 1]과 같이 기존 0.25㎜(PP/GF60 기준)의 UD Tape을 0.15㎜의 두께로 생산할 수 있는 독자적인 Process를 개발하는 데 성공하였으며, 이러한 두께감소를 통해 복합소재 Sheet를 구성하는 기본 Unit을 [그림 2]와 같이 1㎜에서 0.6㎜로 대폭 감소시켰다. 이러한 Sheet 두께감소는 제품설계자의 설계 자유도 향상으로 이어져 고객사로 하여금 선택의 폭을 다양화하는데 기여한다.
Steel을 대체하기 위한 복합소재의 설계에 있어서 가장 큰 문제는 Steel과 같은 등방성을 확보하기 어렵다는 것이다. 그러한 이유로는 일반적으로 제작되는 복합소재 Sheet가 0° 방향의 UD Tape과 90° 방향의 UD Tape의 대칭 적층 조합으로 제작되기 때문이다. 상기에 언급했듯이 기본 Unit인 4Ply 만으로도 1㎜의 두께를 갖게 되며, Steel과 유사한 물성 분포를 구현하기 위해 45°와 -45°의 UD Tape을 해당 Sheet에 적용할 경우 Sheet의 최소 두께는 2㎜까지 증가하게 된다. [그림 3]은 Steel, [0°/90°]s로 적층된 Sheet, 그리고 [0°/45°/-45°/90°]s로 적층된 Sheet의 물성 분포를 보여주고 있으며, [0°/90°]s 대비 [0°/45°/-45°/90°]s 구조의 Sheet가 Steel과 유사한 물성 분포를 보여주는 것을 확인할 수 있다.
Sheet 내 다양한 적층 패턴을 포함함으로써 등방성에 가까운 물성 분포를 구현할 수는 있으나 Sheet의 두께 또한 무한정 증가시킬 수 없으므로, 적정 패턴을 설계해야 하며, 이러한 기준들에 의해 Sheet를 구성하고 있는 UD Tape의 두께에 절대적으로 의존할 수밖에 없다. 당사가 개발한 0.15㎜ 두께의 UD Tape은 복합소재를 설계하는 입장에서 매우 경쟁력 있는 소재로 자리 잡을 것으로 생각된다. [그림 4]는 코오롱플라스틱㈜에서 제작 가능한 8ply의 적층 패턴 및 두께를 보여주고 있다. 기존 2㎜로 제작될 수 밖에 없던 구조를 1.2㎜까지 낮출 수 있으며, 이는 다양한 패턴을 구현하는 데 있어서 상대적으로 구조적 제약이 적을 것으로 예상된다.
코오롱플라스틱㈜은 다양한 연구와 이에 대한 결과물들을 통해 단순히 생산되는 소재들의 포트폴리오 확대에 그치지 않고 열가소성 복합소재가 다양한 분야에 빠르게 확대될 수 있는 기회를 확보해 가고 있다. 이와 동시에 적용 범위를 확대할 수 있도록 제품 최적화에 대한 노력도 기울이고 있으며, 이를 바탕으로 복합소재 시장의 Global Major Player로 도약하는 코오롱플라스틱㈜의 모습을 기대한다.
