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생기원,‘탄소섬유강화플라스틱 공정기술 국산화’신호탄 쐈다

- CFRP 공정장비 국산화 및 원천기술 확보로 해외 종속 탈피 기대

- 생산 공정 개선으로 경제적 효과 20~50%↑, 공정효율 70%↑예상

□ 대표적 경량소재인 탄소섬유강화플라스틱(이하 CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)은 고강도·고탄성 경랑소재로서 미래 산업을 이끌 핵심 부품소재로 각광받고 있다. 자동차, 항공기, 우주분야는 물론 반도체와 디스플레이 등 그 활용분야도 무궁무진하다.

ㅇ CFRP는 철과 비교해 강도는 10배 강하면서도 무게는 1/5 정도이며, 부식이 전혀 없다. 게다가 화학적 안정성, 내열성, 저열 팽창률이라는 장점 때문에 이미 많은 기업에서 금속 대체제로 사용하고 있다.

ㅇ 다만 고품질 CFRP 제조장비의 경우 대부분 해외의 고가 장비를 수입해 사용해왔다. 제품 생산 단가가 높아지고, 장비 유지보수도 어렵다는 단점이 있어 제조 공정 국산화가 꾸준히 요구되어 왔다.

□ 한국생산기술연구원(이하 생기원, 원장 이낙규)이 자평테크(대표 전형길)와 함께 용도와 작업자에 최적화된‘CFRP 생산 엔지니어링 공정기술’을 개발했다.

ㅇ 이번에 개발된 기술은 디스플레이 제조 공정 간 이동 및 보관에 사용되는 ‘카세트’에 유리기판을 안착시키는 기능을 하는‘카세트용 서포트 바(Cassette Support Bar)’제조 장비에 적용해 시험 생산중이다.

ㅇ 일반적으로 서포트 바는 유리기판을 옮기는 로봇팔의 간섭을 최소화하기 위해 단단하고 휘어짐이나 처침이 없고, 진동이 적어야 한다. 가볍고, 강한 CFRP가 카세트 서포트 바에 가장 적합한 소재로 널리 사용되는 이유다.

□ 지능형생산시스템연구부문 최경락 수석연구원팀은 카세트 서포트 바 제조 핵심공정인‘CFRP 제조용 주입 장치 원천기술’을 확보했다.

ㅇ CFRP는 원자재인 탄소섬유와 합성수지를 성형·가공해 만드는데, 합성수지의 물성치와 성형 공정 조건이 데이터화 되어 있지 않으면 경화과정에서 균열이나, 성형 불량 등의 문제가 발생할 수밖에 없다.

ㅇ 연구팀은 기존의 수조에 담긴 합성수지에 탄소섬유를 담가 묻히는 방식에서, ‘품질 표준화’를 목표로 탄소섬유에 합성수지를 주입하는 방식의 원천기술을 개발했다.

ㅇ 주입양 제어 및 경화온도 관리를 위해 탄소섬유와 합성수지의 혼합비율, 투입배열, 온도에 따른 경화도 등 관련 다양한 실험 및 해석 데이터를 도출했다. 또한 밀폐 조건에서 탄소섬유 합침율을 높이는 방법과 탄소섬유 적층 방법, 원액 누출 방지 방법도 고안했다.

□ 연구팀은 이 기술을 기반으로 탄소섬유 투입 장치, 원액 함침-경화 구간 온도 제어 시스템, 혼합 도구 등을 한 데 합친‘밀폐형 재료 주입 장비’를 만들어 냈다.

ㅇ 해당 장비로 생산된 CFRP 부품을 카세트 바에 적용할 경우 약 20~50%의 비용 절감과 공정개선으로 인한 최대 70%의 생산효율 효과를 거둘 것으로 기대된다.

□ 생기원 최경락 수석연구원은“CFRP의 제조기반 기술을 국산화했다는데 이번 기술 지원의 의의가 있다”라며, “첨단 신소재 제조기술 분야에서 선진국 종속에서 벗어나는 계기가 되기 바란다.”라고 밝혔다.

ㅇ 자평테크 정원경 책임연구원은 “생기원의 기술지원 덕분에 해외 선진국과 동등한 수준의 부품을 국내기술로 생산할 수 있게 됐다.”고 전하며,“CFRP가 다양한 산업에 활용되는 만큼 타 산업에 도전할 수 있는 추진력을 갖게 됐다.”고 말했다.

ㅇ 한편 이번 연구는 생기원 ‘중소기업 지원 선도연구기관 협력기술개발사업*’을 통해 진행됐다.