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1 443 기술동향 플라스틱소재의응용동향 : 자동차경량화를위한플라스틱소재의적용기술 류민영 1 최태균 2 조한수 2 1. 서울과학기술대학교기계시스템디자인공학과 2. 서울과학기술대학교일반대학원제품설계금형공학과 Application Trend of Plastics: Manufacturing Technology of Plastics for Lightweight Automobile M.-Y. Lyu, T. G. Choi, H. S. Cho 1. Department of Mechanical System Design Engineering, Seoul National University of Science and Technology 2. Department of Product Design Manufacturing Engineering, Seoul National University of Science and Technology 1. 서론최근들어자동차의경량화가자동차업계나사회의큰이슈로부각되면서플라스틱소재가더욱주목받고있다. 자동차의무게감소는에너지절감과직접적으로연관되어있다. 즉, 자동차의무게감소 10% 당연비증가율은약 7% 정도이다. 그리고자동차경량화를통한연비증가는환경을오염시키는이산화탄소 (CO 2 ) 의배출량감소와연관되어있기때문에경량화실현을위해다양한노력이시도되고있다. 미국의 CAFÉ(Corporate Average Fuel Economy) 는 2021년목표연비를 19.0km/l, 그리고 2025년에는 23.2km/l로설정하고자동차의경량화에박차를가하고있다 (Fig. 1). 최근들어서하이브리드 (hybrid) 자동차가크게보급되어가고있고또한완전한전기자동차가출현하면서자동차의무게감소에대한요구가더욱커지고있다 [1]. 본논문은플라스틱소재의응용중큰관심을받고있는자동차경량화를위한플라스틱소재의적용기술에대해서조사하였다. 소재에의한자동차의경량화는비중 (specific gravity) 이큰금속부품을비중이작은플라스틱소재로대체하는방법과이 미대체된플라스틱부품에서도무게를더감소하기위해플라스틱소재의비강도와비강성을높이는방법등이있다. 금속을플라스틱소재로대체하는방법은새로운물성의고분자수지가개발되고그의기능들이향상되면서크게확대되고있다. 플라스틱의비강도와비강성을높이는방법은내부에폼 (foam) 을갖게하는방법과다층복합판재를활용하는방법이있다. 자동차의내장재는예전부터대부분이플라스틱소재가쓰였다. 자동차내부의보이지않는부품이나외관품들은자동차출현초기에는금속이었지만플라스틱소재로대체되는부품은날로증가하고있다. 플라스틱소재로대체되는부품은자동차의등급이나종류에따라다양하다 [2]. 자동차에활용되는플라스틱소재에관한연구는, 고강성플라스틱소재개발, 플라스틱소재의무게감소를위한폼형성소재개발, 물성보강플라스틱복합재료개발, 플라스틱복합판재개발, 그리고플라스틱 / 금속하이브리드부품개발등으로분류할수있다. 이와같은플라스틱소재의응용방법은각각의방법에적합한공정들이개발되어활용되고있다. 본논문에서는플라스틱소재의무게감소를위한

2 444 기술동향 을증대시키기위해서사용되는최근성형기술은성형시에폼을형성하도록하는 Microcellular Foaming과제공되는고분자 Bead에폼이형성되어있는 Bead Foam 재료를사용하여제품을제조하는방법이있다 [3]. Fig. 1 Fuel efficiency target and projected achieved by the CAFÉ 폼형성소재개발과물성보강플라스틱복합재료개발을통해자동자의경량화를실현하는연구에대해정리하고자한다. 플라스틱소재의무게감소를위한폼재료의활용은플라스틱소재의특성과성형상의공정조건들이잘부합되어야올바른폼제품을성형할수있어서공정조건이중요하다. 반면에 CFRP(carbon fiber reinforced plastics) 등과같은복합재료를이용한제품성형방법은공정조건보다는성형공법이나장치에더크게의존되는경향이있다. 2. 자동차용고분자소재의연구동향 2.1 무게감소를위한고분자소재개발 1930년대에고분자산업이시작되고, 확장되면서고분자폼 (polymeric foam) 에대한과학적이해가정립되었다. 폼소재의시작은제2차세계대전이전에열경화성수지인 PU폼 (polyurethane foam) 이개발되어가구, 건축물, 그리고이동수단에사용되었다. 제2차세계대전중에는 Dow Chemical(USA) 이바다위에선박을건조시키는용도로사용되는 Floating Dock을건설하기위해 PS폼 (polystyrene foam) 을압출공정으로생산하였다. 그이후다양한재료에서의폼성형공정과폼을일으키는 Blowing Agent에대한연구가지속적으로이루어지고있다. 이러한폼을갖는플라스틱소재는비강성이커서연비를높이기위한자동차의경량화에매우적합하다. 자동차경량화에사용되는고분자의무게감소를위해서즉, 플라스틱의비강성 미세폼성형 (Microcellular Foaming) 금속대신고분자소재를쓰는경우강성의증가를 위해두께를두껍게하는경우가많다. 이런경우에 고분자소재내부에폼또는 Bubble 을형성하도록 하여무게를감소시키기는방법이사용된다. 즉일 정두께의제품에서고분자의양을줄이기위해내 부에폼을형성시킨다. 이러한방법은 1980 년대에 MIT 의서남표교수가아이디어를고안하였고, Trexel Inc. 에의해 MuCell Process 로공식화되었다 (Fig. 2). 이방법은사출성형공정에서제품을성형하는중에 Microcellular Foam 을형성하도록하는것으로사출성 형공정중수지를용융시킨후 Physical Blowing Agent(PBA) 로초임계유체 (supercritical fluid) 를사용하 여이것을용융된수지에포함되게한다 (Table 1). 그 리고초임계유체를포함한수지를고압으로금형에 주입하고냉각하여성형을완료한다. 초임계유체를 만들기위한 PBA 로이산화탄소가스 (CO 2 ) 나질소가 스 (N 2 ) 를이용한다. Cell 의크기는대략 1~100um 정 도이며 Cell 의밀도는 10 9 ~10 15 cells/cm 3 이다. 공정 중 Cell 의크기와밀도는초임계유체의농도 (concentration) 에의존되며이를조절하는파라미터 (parameter) 는이산화탄소가스 (CO 2 ) 나질소가스 (N 2 ) 의포화도 (saturation), Microcellular Process 공정의압 력 (Pressure), 혼합체의온도 (mixture temperature), 금형 온도, 그리고사출속도등이다. 이러한공정에사용 되는고분자재료는 Polyphenylene Sulphide(PPS), Polystyrene(PS), Polyoxymethylene(POM), Polyethylene Terephthalate(PET), Thermoplastic Elastomer(TPE), Polypropylene(PP), High Density Polyethylene(HDPE), Polyamide(PA), Polycarbonate(PC) 등다양한데사용재 료에따라 10~60% 의무게감소의효과를보이고있 다 [4, 5]. Bubble 로인한무게감소의장점외에낮은사출 압력과짧은공정시간이장점이다. 용융된수지에 초임계유체가융해되면수지의유리전이온도 (glass transition temperature, T g ) 는낮아진다. 이로인해수지 의점도가낮아지고유동성이증가한다. 이때문에

3 기술동향 445 Fig. 2 Schematic drawing of microcellular foam injection molding process Table 1 Examples of physical blowing agent Molar Boiling Physical Blowing Weight Temperature Agent (g/mol) ( ) Isobutane (C 4 H 10 ) Cyclopentane (C 5 H 10 ) Isopentane (C 5 H 12 ) CFC-11 (CFCl 3 ) HCFC-22 (CHF 2 Cl) Nitrogen (N 2 ) Carbon dioxide (CO 2 ) 일반사출보다낮은사출압력이요구된다. 또한내부 에생성된 Bubble의가스압력을통해보압공정이 제거된다. 사출품내부의수백만개의핵이생성되 고 Bubble로성장하는것은흡열반응이므로냉각시 간의단축이가능하다. 이와같은이유로일반사출 공정보다 MuCell 공정은 20~50% 의공정시간의단 축이가능하다. 폼을갖는제품은또한단열특성 (thermal insulating properties) 의증대를가져온다. 이러한공법의단점은표면에 Air Trap에의한 Swirl Marks, Bubble이터지면서형성되는 Silver Streak, Surface Blistering, Post-blow등을일으켜표면의품질이떨어지는것이다. 또한 Foam의크기가 0.25mm이상이되면제품의강도가현저히떨어지기때문에이러한단점들의보완을위한연구가필요하다. 미세셀구조 (microcellular structure) 의안정성향상을위해단순사출성형 (conventional injection molding) 이아닌사출압축성형 (injection compression molding) 방법을활용하기도한다 (Fig. 3). 압축공정에서작은형상의 Cell은붕괴되고큰형상의 Cell은작아져서전체적으로균일한 Cell이형성되며밀도가증가된다. 폼을형성한소재의강성과강도를높이기위해소량의유리섬유 (glass fiber) 나 Nanoclay를첨가하기도한다. 유리섬유강화 (glass fiber reinforced) PP에는 PP의점도를낮추어유리섬유의깨짐 (breakage) 을줄이기위해 Chemical Blowing Agent(CBA) 를사용하기도한다 (Table 2). 또한고무입자 (Rubber Particle) 를첨가하여충격보강과파단저항의특성 (Impact-and Fracture-toughening Properties) 의향상을얻기도한다. MuCell 공정에서 PBA를사용하면 Gas Dosage Unit, Controller, Gas Injector, Specially Designed Screw, High-pressure Gas Source 등의특수장비가필요하고, CBA를사용하면별도의장치가크게필요없지만 Bubble 생성후에제품에잔여물이남아있을수있다. 또한금형에오염이발생하기쉽고폼공정을조절하기어려운단점들이있다. 일반적으로 CBA를이용한폼성형은반응재료들을각각계량하여믹싱챔버 (Mixing Chamber) 에서혼합한후노즐을통해금형이나 Conveyor Belt, 또는원하는공간속에주입하여제품을성형한다 (Fig. 4)[6~8]. 수지와 Blowing Agent를이축스크류 (twin screw) 등의압출기에서녹이고믹싱하여 Pellet을만든후사출성형을하기도한다. 이를 Supercritical Fluid-laden Pellet Injection Molding Foaming Technology(SIFT) 라일컫는다. SIFT 방식은가스주입기가설치된압출장비로 Pellet을생산할수있고사출기에별도의장비없이사출이가능하다. 이러한방식은 PBA를 Pellet 내부에포함하게하여공정절차를간단하게한것이다. SIFT 공정에서는주로이산화탄소가스를 PBA 로사용한다. 질소가스를 Blowing Agent로사용하게되면무게가 6% 감소하는장점이있다. 하지만,

4 446 기술동향 Table 2 Examples of chemical blowing agent Chemical Blowing Agent Decomposition Temperature ( ) Main Gas Components Azodicarbonamide (ADC) N 2, CO, CO 2 (NH 3 ) Modified ADC N 2, CO, CO 2 (NH 3 ) 4,4 - Oxybis(benzene sulfonylhydrazide) 5-Phenyltetrazole (5-PT) P-Toluenesulfonyl semicarbazide (TSS) P-Toluenesulfonylhydrazide (TSH) N 2, H 2 O N N 2, CO N 2, H 2 O Fig. 3 Schematic drawing of microcellular foam injectioncompression molding process Fig. 4 Foam fabrication process using chemical blowing agent 사출품을제작한뒤 40시간이후에는제품내부의셀의크기가줄어들어 Bubble이붕괴되는단점이있다. 이러한 SIFT 방식에대한연구는현재진행형이다 [9, 10] Bead Foam 성형제품내부에폼을갖게하는또다른방법은일반적인 Pellet이아닌폼을형성할수있는 Bead를사용하는것이다. Bead는 Expandable Bead와 Expanded Bead 두가지로나뉜다. Expandable Bead는성형중에 Bubble이성장하도록내부에 CBA 혹은 PBA를포함한형태이다. Expanded Bead는이미 Bubble이포함되어부풀어있는상태의 Bead이다. Expanded Bead 또한 CBA를사용하였는지, PBA를사용하였는지에따라성형하는공정이다르다. 이러한 Bead를제조하는방법은크게세가지로나뉜다. 재료의합성단계에서내부에 Blowing Agent를포함하여만드는방법, 압출후 Autoclave에서 Blowing Agent를함침시키는방법, 마지막으로 Blowing Agent와함께압출하여 Foam을형성시키고물속에서 Granulation 하는방법이다. Expandable Bead 제조에가장많이사용되는방법은재료의합성단계에서내부에 Blowing Agent를포함하는방식이다. Expanded Bead를제조하는데많이사용되는방식은압출후 Autoclave에서 Blowing Agent를함침하는방법이다. Blowing Agent와함께압출하여 Bead를제조하는방식은 Expandable Bead와 Expanded Bead의제조에모두사용된다. Expandable Bead의제조는압출기를통해빠져나오는수지를물속에서냉각하면서 Pellet을만든다. 이때수압을 Bead 내부에있는 Blowing Agent의압력보다높게하여 Blowing Agent를 Bead 내부에가둔상태로제조한다. Expanded Bead를제조할때는반대로수압을 Blowing Agent 보다낮게하여 Blowing Agent가밖으로빠져나오면서 Bubble을만들어부풀어오르게만든다. 이러한방식은연속적이고, Bead

기술동향 447 Fig. 5 Schematic drawing of steam chest molding process using expanded polypropylen Size가균일하다는장점이있지만, 수온과수압의미세한변화에민감하기때문에수압, 수온, Pelletization 속도등의공정조건이잘유지되어야한다.

이중에서 EPP는충격강도, 에너지흡수, 열및소음차단, 그리고열에대한저항등이높아자동차용으로적합하다고볼수있다. 자동차범퍼 (bumper) 내부의 Crash Absorbers, Sun Visors등에 EPP가사용된다 [11~13]. EPP Bead로제품을제작하기위해서 Steam Chest Molding이사용된다 (Fig. 5).

이중 Steaming공정은 Bead를 Bonding시키는가장중요한공정이다. 고온고압의 Steam을통해근접해있는 Bead의 Chain들이내부적으로확산 (Inter-diffusion) 되면서물리적으로결합된다. Bead간의물리적결합은기계적물성과도연관되기때문에 Bead간의긴밀한접촉을위하여압 축공정 (compression) 이사용된다.

이공정에서사용되는 Steam은 Superheated 된상태로좁은통로의 Steam Nozzle을통과하게하여금형의캐비티내부로흐르게된다. 캐비티내부에있는 Bead들은 Superheated된 Steam의유로에대한장애물이되며이로인해 Steam의압력은낮아지고 Steam의온도는낮아진다.

5 기술동향 447 Fig. 5 Schematic drawing of steam chest molding process using expanded polypropylen Size가균일하다는장점이있지만, 수온과수압의미세한변화에민감하기때문에수압, 수온, Pelletization 속도등의공정조건이잘유지되어야한다. Expandable Bead로사용되는재료는 Expandable Polystyrene(EPS) 이다. Expanded Bead로사용되는재료는 Expanded Polypropylene(EPP), Expanded Polystyrene (EPS), Expanded Polyethylene(EPE) 등이다. 이중에서 EPP는충격강도, 에너지흡수, 열및소음차단, 그리고열에대한저항등이높아자동차용으로적합하다고볼수있다. 자동차범퍼 (bumper) 내부의 Crash Absorbers, Sun Visors등에 EPP가사용된다 [11~13]. EPP Bead로제품을제작하기위해서 Steam Chest Molding이사용된다 (Fig. 5). Steam Chest Molding 공정은 Bead를금형의캐비티 (cavity) 에채우고고온의 Steam을주사 (injection) 하여 Bead를물리적으로접합 (physical bonding) 하는것이다. 이공정은금형의형폐, Bead Filling, Steaming, Cooling, 형개, Ejecting의공정으로이루어져있다. 이중 Steaming공정은 Bead를 Bonding시키는가장중요한공정이다. 고온고압의 Steam을통해근접해있는 Bead의 Chain들이내부적으로확산 (Inter-diffusion) 되면서물리적으로결합된다. Bead간의물리적결합은기계적물성과도연관되기때문에 Bead간의긴밀한접촉을위하여압 축공정 (compression) 이사용된다. Steaming공정에서는 Steam의온도, 압력, 시간등이중요한요소이다. Steam시간이너무길면, 고온으로인해내부의 Cell 이붕괴된다. 또한 Steam 압력이높으면 Steam Nozzle 에서의온도가높아지기때문에 Nozzle 근처의 Bead가녹아서제품표면에서수축등의불량이발생한다. 이공정에서사용되는 Steam은 Superheated 된상태로좁은통로의 Steam Nozzle을통과하게하여금형의캐비티내부로흐르게된다. 캐비티내부에있는 Bead들은 Superheated된 Steam의유로에대한장애물이되며이로인해 Steam의압력은낮아지고 Steam의온도는낮아진다. 이에따라 Superheated 된 Steam은물로바뀌게되며, 이러한것들이제품표면에 Swirl Mark, 수축등의결함을유발한다. 이를방지하기위해 Steam과뜨거운공기 Hot Air를섞어서사용하는방법이있다. Hot Air를섞어서사용하는이유는 Joule-Thompson Coefficient(µ J ) 로설명할수있다. μ J 는압력변화에따른온도변화비율을나타내는계수이다. Superheated된 Steam의 μ J 는 13 /atm이다. 이에반해 Hot Air의 µ J 는 0.01 /atm으로 Superheated Steam에비해상대적으로낮아압력저하에따른온도저하가낮다. 하지만 Hot Air의열전도도는매우낮고 Superheated Steam의열전도도는

6 448 기술동향 매우높다. 그렇기때문에 Steam 과 Hot Air 를섞어서 사용하게되면표면품질의개선및기계적물성 증가등의효과를낼수있다 [14, 15]. 최근에는 EPP 와 Metal Foam 을합쳐새로운 Foam 재료에대해연구가진행되고있다. 그리고친환경 성을고려한 Expanded Polylactic Acid(EPLA) 의연구가 진행중이다. 또한 Expanded Polybutylene terephthalate (EPBT), Expanded Polyethylene terephthalate(epet), Expanded Thermoplastic Polyurethanes(ETPUs) 등의연 구도진행중이다. 2.2 물성보강고분자복합재료 (Reinforced Polymer Composites) 개발 물성보강고분자복합재료는크게고분자나노복 합체와강화제 (reinforcement) 를이용한즉대표적으 로탄소섬유 (carbon fiber) 를활용한복합재료로나뉜 다. 나노복합체는오래전부터시도되어왔다. 나일 론에 Clay 를나노입자로분산시켜열저항성을높여 엔진주위의부품으로사용하였으며, 이를시초로많 은고분자나노복합체에대한연구가진행되어왔 다. PA, Polybutylene Terephthalate(PBT), PP, PC 등의소 재와나노 Clay 와의나노복합체의연구가많이보고 되고있다. Clay 는 Montmorillonite(MMT) 로판상형상 이며얇게잘펴지는성질을가지고있어이를나 노두께로만들어고분자의분자들사이에위치하 도록하면내열성과난연성이증가된다. 그러나 Nano Clay 복합제는기계적물성, 특히충격강도가 현저히저하되는단점이있어자동차경량화에는 한계가있다 [16]. 고분자나노복합체보다편리한방법으로다양하 게물성을발휘할뿐만아니라대량생산이가능한 것은섬유보강고분자복합재료이다. 이방법은강 화제를고분자매트릭스에분산시켜기계적강성을 증가시키는방법이다. 강화제로쓰이는섬유는 Glass Fiber, Carbon Fiber, Boron Fiber, Basalt Fiber, Aramid Fiber 등이있다. 고분자복합재료의강성과강도는 강화제의종류와형태, 그리고함량에의존한다. 섬 유보강고분자복합재료에서섬유의형태에따라불 연속섬유 (discontinuous fiber) 와연속섬유 (continuous fiber) 로나눌수있다. 불연속섬유는 Short Fiber, Long Fiber, Chopped Strand Mat 가사용되고연속섬유로는 Continuous Fiber Mat, Unidirectional 또는 Multi-axial Laminate, Woven Fabric, Knitted Fabric, Braided Fabric 등 이사용된다. 섬유보강고분자복합재료제품을생산하는공정은매우다양하다. 대략 3mm이하의섬유길이를갖는 Short Carbon Fiber 복합재료는수지와섬유를스크류압출기에서믹싱하여 Pellet으로제작한후일반사출성형으로성형품을제작한다. 3~25mm의섬유길이를갖는 Long Carbon Fiber 복합재료는 Long Fiber Reinforced Thermoplastic(LFT), Direct Long Fiber Reinforced Thermoplastic(D-LFT) 방식으로제작한다. 섬유의길이가길수록기계적물성이높게나타나기때문에 Long Fiber를사용하기위해연구가진행중이다. LFT 방식은고분자재료를압출하여 Pellet 으로만드는공정중에섬유를 Roving 형태로연속적으로주입하여 12mm이상의 Long Fiber를함유한 Pellet을만드는것이다. 하지만, Pellet 형태로사출기로들어가게되면스크류에의해가소화되는과정에서섬유의파손율이높기때문에이에대한연구가필요하다. D-LFT 방식은 LFT와유사하게섬유를 Roving 형태로연속적으로주입하여고분자와섞은후, Batch 형태의덩어리로제작한다음압축을가하여원하는형상을제작하는방식이다. D-LFT 방식은섬유의파손율이낮고긴형태로나타나기때문에높은기계적강도를요하는부품제작에사용된다 [17, 18]. Continuous Carbon Fiber 복합재료는 Filament Winding, Pultrusion 공정을통해제작한다. Filament Winding은열경화성수지를함침시킨섬유를회전하는 Mandrel 에감아서형상을제작하는공정이다. Filament Winding 공정은섬유를감는방식에따라 Helical Winding, Polar Winding, Circumferential Winding 등다양한방법있다. 이공정은회전하면서형상을제작하는방식이므로제품의형상은실린더와같은원형의단순한형상으로한정되어있으며복합파이프나압력용기등의제작에사용된다. Pultrusion 공정은 Continuous Fiber를이용하여일정한단면을가진제품을연속생산하는공정이다. 섬유는 Roving 형태로 Continuous Fiber가열경화성수지의욕조를지나면서수지가섬유에함침되고, 섬유를연속적으로당기면서일정한형상으로제작하는방식이다 [19]. 섬유를직조하여 Fabric 형태로사용하는방법은먼저 Prepreg를제작하고이를이용하여후속공정을거쳐제품을제작한다. Prepreg는직조된 Fabric에열경화성수지 (thermosets resin) 를함침시켜만드는데이

7 기술동향 449 는 Resin Transfer Molding(RTM) 방법으로제작한다. Prepreg는함침된열경화성수지가반응이일어나지않은상태이다. RTM 방법은 Fabric을 Mold에장착시키고여기에열경화성수지를주입하여 Fabric속에함침시키는것이다. RTM에서는미리 Mix된열경화성수지를 Plunger를이용하여 Mold에주입하는데수지의점도및속도가작아 Reinforcement 의위치가변하지않는장점을갖고있다. 이 RTM 방법으로 Fabric에수지를함침시키고경화시켜직접최종제품으로완성하기도한다. RTM 방법은열경화성수지를경화시키는방식에따라다양한형태의공정으로나타난다. HP-RTM(High Pressure Resin Transfer Molding) 공정은열경화성수지를주입할때, 높은압력으로주입하여 Fabric으로의함침을개선하고재료를단시간에경화시켜공정시간을단축시키는공정이다. VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) 은직조된 Fabric을 Vacuum Vinyl 에위치시키고진공펌프를이용하여대기압과의압력차이를통해 Fabric에열경화성수지를함침시키는방법이다. 부피가작은제품은진공펌프와 Vacuum Vinyl 을이용하여제작가능하다. 하지만, 부피가큰제품은진공펌프의능력, Vacuum Vinyl 을덮는과정에서 Void 발생, 표면품질불량등의결함이발생한다. RTM으로제작된 Prepreg를이용하여열경화성수지로성형하는공정으로 Reinforced Reaction Injection Molding (RRIM) 이있다. RRIM으로생산하는방법은 Prepreg 를 Mold에위치시키고열경화성수지를 Mold에주입한후경화시킨다. RRIM방법에서 Prepreg를사용하지않고 Fabric으로제작한 Preform을금형에안착시키고열경화성수지를주입하고경화시켜직접완성된제품을성형하기도한다. RRIM방법은반응재료들을따로준비하여믹싱챔버에서만나게한후사출한다. Prepreg 를이용하여열가소성수지 (Thermoplastics Resin) 로성형할때는 Prepreg를금형에넣고열가소성수지를사출하면서내부의 Prepreg는경화되고스킨층에는열가소성수지가고화되도록하는 Overmolding 공정이사용된다 [20~22]. 3. 맺음말본논문에서플라스틱소재가자동차경량화에활용되는성형기술에대해서조사하였다. 자동차경량화를위한플라스틱소재는고강성플라스틱소재, 폼형성플라스틱소재, 플라스틱나노복합소재, 섬유강화플라스틱복합소재, 그리고플라스틱복합판재등이있다. 이중에서자동차에적용가능성이가장뛰어난소재는폼형성플라스틱소재와섬유강화플라스틱복합소재이다. 폼형성플라스틱소재에는폼을형성하기위해 PBA와 CBA가사용된다. 폼형성플라스틱소재는일반 Pellet을이용하면서성형중에 Blowing Agent를첨가하여수지가캐비티를채운후금형내에서수지가식어가면서폼을형성하도록하는방법이있다. 또다른방법은폼이형성된 Bead를사용하여캐비티를채운후캐비티내부에뜨거운 Steam을주사하여폼을갖고있는 Bead가물리적으로접합하도록하는방법이다. 이러한방법들은 Cell의크기와밀도조절을위한공정조건의설정이매우중요하다. 섬유강화플라스틱복합소재에서는 Carbon Fiber가가장큰강성을보인다. 섬유강화플라스틱복합소재에서는섬유가길게분포해야강성의효과를볼수있기때문에 Long Fiber복합소재의제작이중요하며, 또한 Long Fiber가성형중에파단되지않도록하는장비의개선이나장비의운전이중요하다. 섬유강화플라스틱복합소재에서섬유가 Fabric형태로되어있을때강성이가장뛰어나다. 따라서 Fabric형태의섬유강화플라스틱복합소재의제작공법과이를이용한성형공정이매우중요하다. Fabric형태의섬유강화플라스틱복합소재는 Fabric 형태의섬유에열경화성수지를함침시켜 Prepreg를만들고이를이용하여성형을한다. 또는 Fabric형태의 Preform에열경화성수지를함침시키면서경화시켜직접제품을제작하기도한다. Prepreg를금형속에위치시키고열가소성수지를사출성형하여 Prepreg 스킨층에열가소성수지로마무리하는방법도활용된다. 이러한성형방법들은섬세한공정조건들보다는공법이나장비가중요한역할을한다. 따라서 Fabric형태의섬유강화플라스틱복합소재의제작방법과이를이용한성형공정법은계속적인연구가필요한분야이다. 후기본연구는서울과학기술대학교교내학술연구비지원으로수행되었습니다.

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류민영1(K).fm

류민영1(K).fm Elastomers and Composites Vol. 51, No. 4, pp. 275~279 (December 2016) Print ISSN 2092-9676/Online ISSN 2288-7725 DOI: https://doi.org/10.7473/ec.2016.51.4.275 Analysis of Mechanical Characteristics of