기존 설정보다 10배 빠른 신속한 CFRP 성형 기술

스티븐 무어 | 2023년 3월 6일

일본의 Toray Industries는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 모빌리티 부품을 위한 신속 통합 성형 기술을 개발했습니다. 이 기술은 뛰어난 기계적 특성을 제공하는 열경화성 프리프레그 스킨과 경량의 다공성 탄소섬유 강화 폼(CFRF) 코어를 샌드위치에 삽입합니다.

이 신기술을 사용하면 기존 오토클레이브 성형 설정보다 10배 빠르게 자동차 지붕과 같은 CFRP 이동성 부품을 성형할 수 있습니다. 또한 부품 질량은 강철 부품의 절반 미만입니다. 도레이는 가벼움과 빠른 생산이 중요한 전기 자동차 부품에 이 기술의 적용을 가속화하기 위해 추가 연구 개발을 계획하고 있습니다.

CFRP 구성요소는 일반적으로 열경화성 프리프레그 스킨과 우레탄 폼 코어를 샌드위치합니다. 이러한 가볍고 견고한 구조물의 일반적인 응용 분야는 항공기, 자동차, 선박 및 인프라용 대형 패널입니다. 일부에서는 코어를 피부에 형상화한 후 코어를 최적으로 결합하기 위해 제조 시간 단축을 추진했습니다. 또한, 차량의 전기화로 인해 무거운 배터리를 사용하는 모델의 순항 범위를 확장하기 위해 부품 중량을 줄이는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다. 도시 항공 이동성 및 드론과 같은 새로운 교통 수단도 경량 소재의 이점을 크게 누릴 수 있습니다.

Toray의 새로운 고속 통합 성형 기술을 사용하면 한 번의 프레스 샷으로 대형 패널을 제작할 수 있습니다. 이는 이 접근 방식이 동일한 금형에서 핵심 CFRF와 열경화성 프리프레그 스킨을 동시에 형상화하고 열경화성 및 성형하고 접착하기 때문입니다.

CFRF의 팽창을 프리프레그의 경화 타이밍과 동기화하는 것은 기존 공정보다 훨씬 빠릅니다. 프리프레그 열경화성 수지가 다공성 CFRF에 침투하여 접착제를 사용하지 않고 표피재와 심재를 접착시켜 신뢰성이 높은 접착 구조를 제공합니다. Toray의 기술은 대형 CFRP 부품을 신속하게 생산할 수 있는 기반을 마련했습니다.

CFRF는 독점적인 다공성 재료입니다. 바인더 수지는 열을 가하면 유연해지고 동시에 탄소섬유의 복원력으로 팽창합니다. 생성된 단탄소 섬유의 3차원 네트워크는 바인더 수지와 탄소 섬유를 강력하게 결합시킵니다.

CFRF는 기존 코어 소재에 비해 훨씬 더 나은 강도, 탄성률 및 충격 저항을 제공합니다. 0.2~0.4의 낮은 비중 범위는 성능을 향상시키고 샌드위치 구조를 가볍게 합니다.

Toray는 프레스 기계를 사용하여 기존 접근 방식보다 10배 빠른 대형 자동차 루프 패널(길이 1.2m x 너비 1.2m x 두께 2.3mm)을 단 5분 만에 제작함으로써 개념을 시연했습니다. 자동차 생산에 필요한 강성, 코팅성, 차음성 등 실용성을 평가했다. 매우 중요한 낙하 충격 테스트에서 Toray는 스킨 코어 인터페이스가 박리되지 않았으며 충격 흡수가 우수하다는 것을 확인했습니다.

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