일본산업뉴스요약

알루미늄과 수지 2초 만에 접합
Mazda와 UACJ, 기술 개발에 착수

자동차 업체인 마쓰다와 알루미늄 압연의 최대기업인 UACJ가 알루미늄과 탄소 수지 강화 플라스틱(CFRP) 등의 수지를 고속 접합하는 기술개발에 힘을 쏟고 있다. 수지와 알루미늄의 이음새에 금속의 봉을 밀어 넣어 고속으로 회전시키고 그 마찰열로 알루미늄을 수지에 붙여 넣는다. 접합하는데 걸리는 시간은 단 2초. 차체의 조립 라인을 그대로 활용한다.

-- 차세대 자동차용 소재로 --
마쓰다와 UACJ사는 CFRP와 알루미늄이 사용된 멀티 머티리얼 자동차를 좀 더 낮은 비용으로 제작한다는 목표를 내걸고 있다. 차세대 자동차 소재로써 주목 받고 있는 CFRP의 무게는 철의 4분의 1, 강도는 약 10배이지만, 제조 비용이 비싸고 이종 소재와의 접합도 어렵다는 단점을 가지고 있다. 현재 양산차에서 사용되고 있는 것은 백 도어 등 일부이고, 차체 골격에 본격적으로 채택되고 있는 것은 고급 스포츠카 정도이다.

그 중 몇 안 되는 사례가 도요타자동차의 스포츠카「Lexus LFA」. 2010년부터 500대 한정으로 생산되었다. 이종 금속과 CFRP와의 접합에 긴 시간을 들여 한 대씩 제작, 가격은 약 3,750만엔에 달한다.

-- 큰 폭의 비용 절감 --
현재 자동차 소재의 70% 이상을 차지하는 강판은 비용이 싸고, 가공 및 접합이 쉽다는 두 가지 특징을 갖고 있다. 자동차 제조 시, 강판 간의 접합에 사용되는 스폿(Spot)용접은 보통 한 대 당 3,000~4,000점이 시행된다. CFRP와 알루미늄 등의 재료 사용 비율을 높이기 위해서는 강판용 스폿 용접과 같이 빠르고 비용이 낮은 기술이 요구된다.

-- 마찰열 이용, 접착제 필요 없어 --
마쓰다와 UACJ가 개발하고 있는 기술은 마찰열을 이용한「마찰교반(攪拌) 접합기술」을 응용한 것이다. 차량용 알루미늄 간의 접합에서는 이미 사용되고 있다. 이 기술을 사용할 경우, 나사 조이기 공정이나 접합제가 필요 없다. 접착되는 CFRP는 항공기에 사용되는 것보다는 강도가 조금 떨어지지만, 가열 될 경우 부드러워지는 열가소성 수지를 사용한다. 현재의 양산 방식인 벨트 컨베이어 사용이 가능해, 비용 절감을 기대할 수 있다.

마찰교반 접합기술에서는 소재가 연결된 이음새에 금속 봉을 넣어 고속 회전시킨다. 마찰열과 압력으로 알루미늄을 수지에 밀착시키고, 알루미늄을 통해 열이 전해져 녹은 수지가 알루미늄에 접착되는 구조이다. 알루미늄 융점 이하의 온도에서 순식간에 CFRP와 접합되기 때문에 알루미늄의 산화도 방지할 수 있다.

-- 2022년까지 기술 확립 --
마쓰다의 새로운 모델을 제조 공정 도입하기 위해, 2022년까지의 기술 확립을 목표로 기술적 과제를 극복하는데 주력하고 있다. 알루미늄과 CFRP의 열팽창 비율은 서로 다르기 때문에, 실제로 자동차가 주행하는 환경 속에서는 접합 부분에 변화가 나타날 가능성이 있다. 또한, 알루미늄은 탄소섬유와의 접합 부분에 물이 닿으면, 부식되기 쉽다는 결점이 있다. 이를 위해 접합 부분에 색을 입히거나, 완전 방수로 하는 등의 설계가 검토되고 있다.

이 기술 개발은 신에너지∙산업기술 종합개발기구의「혁신적 신구조 재료 등 연구개발」에 채택, 마쓰다는 일본 대형 자동차 제조사에 한해 기술 이용을 위한 라이센스 부여를 검토하고 있다.

-- 환경 규제 강화로 경량화 불가결 --
프랑스 환경 장관은 이번 달, 2040년까지 가솔린차량 등 내연기관을 동력으로 사용하는 자동차의 생산 및 판매를 금지한다고 밝혔다. 지구 온난화 대책을 위한 국제 조약, 파리 협정을 지키기 위해서이다. 영국도 같은 방침을 정했다.

자동차 규제는 미국 캘리포니아 주에서 선행되어왔다. 이 때문에 환경 규제는 선진국에서만 이루어진다라는 이미지가 강하다. 그러나 최대 자동차 시장인 중국에서는 가스를 일체 배출하지 않는 전기자동차(EV) 등의 친환경자동차의 일정 비율 판매를 의무화할 예정이고, 인도도 친환경자동차 판매를 적극 추진하고 있다.

환경 규제는 EV와 플러그 인 하이브리드차(PHV), 연료전지차의 수요를 뒷받침해주지만, 경량화와 주행 거리 향상이라는 과제 해결이 급선무이다. 이를 위해 기술 혁신의 하나로서, 소재를 조합하는 멀티 머티리얼이 기대를 모으고 있다.

경제산업성은 자동차 1대에 사용하는 강철 소재 비율이 2015년 70% 이상에서 2030년 50% 미만으로 하락, 이를 대체할 수지와 알루미늄이 성장할 것으로 예측하고 있다.

  -- 끝 --