캐미칼리포트
코오롱플라스틱, 고강성 경량화 열가소성 복합소재 KompoGTe® Application 개발
작성자 : 취재부
2020-07-02 |
조회 : 1390
- PA6/GF40 KompoGTe®와 PA6/GF30 사출 소재를 이용한 Full Composite화 FEM Carrier 개발에 성공
코오롱플라스틱의 고강성 경량화 열가소성 복합소재 브랜드인 KompoGTe®는 한 단계 더 진화한 Application 개발을 통해 지난 2019 JEC Asia 전시회에 신규제품 출품으로 뜨거운 시장의 반응을 끌어낸 바 있다.
코오롱플라스틱의 KompoGTe®는 고강성 경량화 열가소성 복합소재로서 크게 LFT, UD Tape, Laminated Sheet, Woven Type Sheet로 분류되는 다양한 종류의 중간재 Portfolio를 가지고 있으며, 그 중 UD Tape은 보강재인 섬유가 끊기지 않고 연속 배향되어 LFT에 비해 더 높은 물성 퍼포먼스를 보여준다.
이러한 UD Tape을 각도 별 적층을 통해 Laminated Sheet로 제작하거나, Tape을 Slitting한 후 직조하는 공정을 통해 Woven Type Sheet로 제작하여 제품 성형 직전 중간재 형태로 제작한다. 이렇게 제작된 중간재 형태 소재의 Thermoforming 공정을 통해 금속대비 가볍고 튼튼한, 즉 높은 비강성을 가진 복합소재 부품으로 탄생되는 것이다.
열가소성 복합소재 부품 시장에서 기존에 가장 주류를 이루는 소재는 비교적 제작 및 성형 시 핸들링이 쉬운 PP/GF 기반의 소재였다.
이 PP/GF 소재를 기반으로 하여 과거에 개발되어있던 복합소재 적용 부품 중에서 Front End Module Carrier(FEM Carrier)라는 차량의 앞쪽 끝단부의 구조물을 지지하는 내장 부품이 있다. 이 FEM Carrier는 Steel Hybrid Type으로서, Upper Panel로 스틸을 사용하고 PP/LFT 소재로 전체를 Insert-Overmolding하여 제작되었다.
이렇게 개발된 제품은 Full Composite가 아니라 Steel Hybrid 기반인 데다, 플라스틱 소재 역시 연속섬유 보강재가 아닌 LFT 소재를 사용하였기에, 경량화와 강성 측면에서 충분한 추가 개선의 여지가 있었다.
코오롱플라스틱에서는 이러한 시장 상황에 착안하여 한온시스템과 함께 협업하여 FEM Carrier의 Full Composite화 개발을 본격적으로 진행하기 시작하였고, 수 개월간의 연구와 성형 테스트를 통하여 지난 2018년에 기존의 Steel Hybrid Type에서 PP/GF 기반 Full Composite화 개발에 성공하여, MS Spec을 등재하였다.
이 제품은 기존의 Steel Part였던 Upper Part를 포함하여 Left, Right Side Part를 연속섬유 보강재 패널로 대체하고, PP/GF LFT 소재로 Insert-Overmolding하여 최종 제품으로 성형된다.
코오롱플라스틱에서는 여기서 그치지 않고, 추가 경량화 및 내열성 향상을 위한 PA6/GF 기반의 Full Composite화 FEM Carrier를 개발하기 위한 연구에 매진하였다.
PP 기반 대비 PA6 기반의 재료는 더욱 높은 내열성과 기계적 물성을 구현할 수 있는 장점이 있다. 거기에 더해, 상대적으로 높은 기계적 물성 구현이 가능하기 때문에 제품의 용도에 따라 동일 수준의 강성을 유지하면서 GF의 함량을 더욱 낮춰서 추가 경량화를 이룰 수 있는 장점이 있다.
하지만 이러한 장점은 복합소재 업계에 종사하는 개발자라면 누구나 알고 있는 내용임에도 불구하고 소재의 제작, 제품의 성형, 성형 후 외관 품질구현 등의 측면에서 PP 기반 소재 대비 PA6 기반 소재가 훨씬 더 높은 개발 난이도를 가지고 있기에 그동안 개발되지 못하였다.
또한, 그동안 대부분의 UD Tape은 GF 함량 50~60% 수준이었기 때문에, PA6 기반으로 FEM Carrier를 대체 개발하면서 GF 함량 감소를 통해 추가 경량화를 이루기 위해서는 그보다 낮은 GF 함량의 UD Tape 개발이 필요하였다.
이에 코오롱플라스틱 복합소재 연구팀은 저함량 PA6/GF UD Tape 개발을 먼저 진행하였다.
GF 함량이 줄어들게 되면 생산 공정에서의 균일성, 분산성, 생산성 등의 문제가 발생하는데, 이 문제 때문에 그동안 시장에 출시되지 못했던 Grade인 PA6/GF40 UD Tape을 독자적으로 개발하였고, GF 함량을 낮춤으로 인해 성형 제품의 외관 품질의 추가 개선 효과도 얻을 수 있었다.
이를 적용하여 PA6/GF40 KompoGTe®와 PA6/GF30 사출 소재를 이용한 Full Composite화 FEM Carrier를 개발하는 데 성공하였다.
이 개발품은 고객사의 ES 평가를 모두 만족함과 동시에 PP/GF Full Composite 대비 11.4%의 중량을 절감을 통한 추가 경량화를 달성하였고, Carrier Assy 기준 92% 이상의 치수 안정성을 확보하였다.
수많은 난관이 있었지만 포기하지 않고 이를 모두 극복하여 개발에 성공한 결과로, 지난 ’19년 11월에 삼성 코엑스에서 열렸던 2019 JEC Asia 전시회에 제품을 출품하는 쾌거를 이루었다.
이번 개발 사례에서 보이는 바와 같이 코오롱플라스틱의 복합소재연구팀은 늘 지금의 상황에 만족하지 않고 고객의 요구를 끊임없이 반영하며 개발에 매진하고 있다.
코오롱그룹의 핵심가치를 따라 될 때까지 도전하고, 고객에게 기대 이상의 결과와 가치를 제공하며 나날이 성장하고 있는 KompoGTe®는 앞으로도 고객사와 지속적인 협업 관계를 구축하며 더욱 다양한 Application 발굴을 진행하여 고객사로부터 가장 신뢰받는 브랜드가 될 수 있을 것으로 기대한다.
이를 바탕으로 코로나바이러스로 인해 침체된 전 세계 경기 속에서도 색다른 활로를 찾아 다시 한 단계 도약하는 코오롱플라스틱이 될 수 있을 것이다.
