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Nikkei X-TECH_2021.01.05

탄소섬유강화수지(CFRP)로 만든 몽키스패너
가벼움 이외의 다른 장점은?

Q. CFRP로 만든 몽키스패너의 가벼움 이외의 장점은?
사진 속 스페너는 탄소섬유강화수지(CFRP)로 만든 몽키스패너. 최대 구폭 30mm, 무게 81g으로 일반 금속 제품의 약 1/3 정도 가볍다. 녹슬지 않기 때문에 물기가 많은 현장에서도 이용할 수 있으며, 도금한 부품 등이 쉽게 손상되지 않는다는 점도 CFRP 특유의 장점이다. 독자적 성형 방법이 적용되어 통상적인 사용 최대 토크(회전력)는 29.5N∙m을 확보하고 있다고 한다. 이와 같은 CFRP 몽키스패너에는 또 하나의 장점이 있다. 그것은 무엇일까?

A. 충격에 강하다
B. 불꽃이 튀지 않는다
C. 전기가 통하지 않는다

→ 정답은 B. ‘불꽃이 튀지 않는다’이다.

CFRP 몽키스패너는 높은 곳에서 떨어지거나 단단한 물체에 부딪히는 등으로 인해 마찰이 일어나도 불꽃이 튀지 않는다. 즉 방폭성이 높다. 도신덴키(東神電気)는 2020년 10월, CFRP제 공구 브랜드 ‘CARBLACK’ 시리즈의 제 1탄으로 발매. 가격은 9,800엔(소비세 별도)이다.

-- CFRP 특유의 특징 --
이번에 제품화한 ‘CRB-MW200’은 최대 구폭이 30mm, 전체 길이는 209mm, 두께는 16mm, 무게는 81g이다. 일반 금속 몽키스패너의 무게 243g의 약 1/3에 불과하다. 비중도 1.54로 작아 “발포 스티롤 튜브를 부착하면 물 속으로 가라앉지 않을 정도”(도신덴키)라고 한다.

금속 몽키스패너와 비교했을 경우, 가볍다는 장점만 있는 것이 아니다. 앞에서 소개한 ‘불꽃이 튀지 않는다’와 ‘녹슬지 않는다’, ‘부품을 손상시키지 않는다’ 등도 있다. 모두 CFRP 재질 특유의 특징으로 볼 수 있다. 가연물질이 있거나 물기가 있는 등의 작업 환경이나 손상되기 쉬운 부품에 이용 시 적합하다.

하지만 CFRP 즉, 플라스틱이기 때문에 금속과 완전히 동일한 강도를 가진 것은 아니다. 몽키스패너로서의 특성을 가지고 있는지가 궁금하지만, 도신덴키가 실시한 성능 확인 시험에서는 통상적인 작업을 상정한 29.5N∙m(300kgf∙cm)의 체결 토크를 1만 5,000회 반복해도 파손되지 않았다. 단, 53N∙m(545kgf∙cm) 이상의 체결 토크가 필요한 경우에는 사용하지 않도록 주의를 주고 있다. 어디까지나 임시 조임용인 것이다.

이 외에도 역회전에는 사용이 불가, 앞부분만이 닿는 등 비스듬하게 세워 사용해서도 안되며, 충격을 가해서는 안 되는 등 제약이 있다. 플라스틱이기 때문에 절연 공구라고 오해하기 쉽지만 탄소섬유를 포함하고 있기 때문에 전기가 통한다. 도신덴키는 전기 회로에서는 사용하지 않도록 강하게 경고하고 있다.

-- 탄소 연속섬유를 이용한 사출성형 --
이처럼 금속 몽키스패너와 비교하면 사용에 제약이 있지만, 사실 CRB-MW200에는 CFRP의 강도를 높이기 위한 독자적 기술이 적용되었다. 도신덴키는 이 독자적 기술을 ‘Hi-5’라고 이름 지었고, 이번 CRB-MW200은 이 기술이 실용화된 사례 중 하나로서 제품화된 것이다.

Hi-5가 적용 대상으로 하는 것은 열가소성 수지를 탄소섬유로 강화한 CFRP(이하 CFRTP). 열경화성수지를 사용하는 CFRP보다도 생산성을 높일 수 있기 때문에 자동차업계 등에서의 채택이 확대되고 있다.

CFRTP의 제조 방법도 다양하게 개발되고 있지만, 가장 일반적인 것이 사출성형을 적용한 것이다. 이 경우, 기존에는 탄소섬유가 혼합된 팰릿을 사용하지만, 팰릿으로 만들기 위해 탄소섬유를 짧게 자르지 않으면 안 된다.

Hi-5에서도 사출성형이 적용되지만, 끊어지지 않은 연속섬유를 사용한다고 한다. 상세한 제조방법은 공개되지 않았지만, 금형에 수지 팰릿과는 별도로 탄소섬유를 투입. 금형 안을 유동하는 수지를 통해 탄소 연속섬유를 금형 안에 고르게 퍼지도록 하는 구조이다.

이렇게 함으로써 탄소 연속섬유로 강화된 CFRP를 사출성형을 통해 만드는데 성공. 잘게 잘린 탄소섬유의 CFRP보다도 강도가 높은 CFRP를 효율적으로 만들 수 있는 기술이 탄생한 것이다.

도신덴키가 몽키스패너를 제품화한 목적 중 하나는 Hi-5의 인지도를 높이기 위해서이다. 앞으로도 CARBLACK 공구 시리즈를 추진할 계획이다. 다음에는 안경 스패너를 제품화할 예정으로, 소켓 렌치와 볼트/너트 등도 고려하고 있다고 한다. 미래에는 차량용 부품 등까지 Hi-5의 용도를 확대해나갈 방침이다.

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