일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2020.9.9

CFRP 부품의 저비용화를 가능하게 하는 신 양산기술
닛산자동차, C-RTM 공법으로 고품질 CFRP 부품 성형

닛산자동차는 20년 9월 3일, 탄소섬유강화수지(CFRP) 부품을 양산화하기 위해, 금형 내에서 탄소섬유에 수지를 함침하는 과정을 정밀하게 시뮬레이션하는 기술을 개발했다고 발표했다.

유럽 등에서 CO₂ 규제가 엄격해지면서 연비 향상이 급선무가 되었다. CFRP 부품은 금속 부품보다 가볍고 강도와 강성이 높기 때문에 채용이 증가하게 되면 차체를 경량화할 수 있고, 연비 성능이나 주행 성능을 향상시킬 수 있다. 그러나 원료인 탄소섬유가 비싸고 성형이 어렵다는 점이 양산화 앞에 놓인 과제였다.

CFRP 부품은 탄소섬유를 부품 모양에 맞춰서 금형에 넣고, 수지를 주입해 탄소섬유로 균일하게 함침, 경화시키는 것이 중요하다. 함침에 최적의 부품 모양이나 금형을 설계하기 위해서는 수지의 흐름을 확인할 필요가 있다. 이번에 닛산은 투명한 금형을 채용해 탄소섬유 사이를 흐르는 수지를 가시화했다. 또한 시뮬레이션 정밀도를 올리기 위해 수지의 흐름에 따른 온도 변화를 측정하는 온도 센서를 설치했다. 이를 통해 수지의 함침 정도를 시뮬레이션으로 정밀하게 예측하는 기술을 개발했다.

금형으로 성형할 경우, 탄소섬유의 섬유 방향에 따라서 수지가 흐르는 도랑(Bead)를 금형 내에 배치한다. 이 배치를 시뮬레이션으로 최적화할 수 있게 되었다. 지금까지 함침 정도를 확인하기 위해 여러 번 금형을 시작(試作)했었다. 그러나 그럴 필요가 없어지면서 개발 기간의 단축, 비용 저감을 실현할 수 있다고 한다.

또한 금형을 닫은 상태에서 수지를 주입해 탄소섬유에 함침시키는 RTM(Resin Transfer Molding) 공법이 아니라 금형을 닫지 않고 틈을 만들어 수지를 주입해 탄소섬유에 함침시키는 C-RTM(Compression Resin Transfer Molding) 공법을 도입해 고품질 CFRP 부품을 성형하는 생산기술을 개발했다. 이 기술로 성형 시간의 80%를 단축할 수 있다고 한다.

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