일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.10.18

탄소중립 재료
'바이오'만이 아니다, 뛰어난 플라스틱 제품
'나고야 플라스틱 공업전 2021', 키워드는 ‘환경배려’

여기서도 ‘환경배려’가 키워드였다. 포트메세 나고야(나고야시)에서, 21년 9월 29일~10월 1일에 개최된 플라스틱 관련 기술전시회 '나고야 플라스틱 공업전 2021'은 33회째인 이번부터 '친환경형 플라스틱'을 출전 대상 분야로 추가했다.

도요타자동차 모빌리티 재료기술부의 나가이(永井) 부장이 ‘탄소중립 관점에서 본 자동차용 플라스틱에 대한 기대’라는 제목으로 강연했다. 또한 폴리유산(PLA) 수지의 특설 코너가 설치되는 등, 회장 전체에 ‘환경 배려’를 중시한 기획∙출전이 두드러지는 것은 확실하다. 그러나 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 차체와 폴리프로필렌(PP) 흡음재 등 흥미로운 제품이 전시되었다. 그 중 특히 눈에 띄는 전시품 몇 개를 픽업해 소개한다.

-- 수지 사용률 4배, 절반으로 경량화 --
Toyota Customizing & Development(요코하마시)가 전시한 연구 개발 차량 ‘Griffon’은 CFRP 부품을 채용해 차체를 경량화했다. 프레임은 외판 바디를 겸한 모노코크 구조를 채택. 바디 전체를 스폿 용접하여 강성을 강화했다.

Toray Carbon Magic(시가현 마이바라시)이 전시한 것은 전기자동차(EV) ‘ItoP’이다. CFRP제 프레임은 외판 보디를 겸한 일체 성형 모노코크 구조를 채용했다. 전방 플립 업 도어의 프레임이나 타이어 휠, 서스펜션의 스프링 부분, 인테리어 패널 등에도 CFRP를 채용. 기존 차량 대비 수지 사용률을 약 4배로 늘려, 일반적인 금속제 모노코크 바디의 300kg에서 140kg으로 50% 이상을 경량화했다.

기후플라스틱공업(기후시)이 전시한 것은 흡음 부스 ‘Remute’이다. 기후플라스틱공업의 PP제 허니컴(벌집) 흡음재 ‘TECCELL SAINT’를 채용. 굽힘 강성을 같게 해도 질량이 철의 7분의 1, 알루미늄합금(Al)의 3분의 1로 가볍다.

PP의 열전도율은 낮다. 게다가 속이 빈 허니컴 구조의 공기층을 이용해 단열성을 더욱 높인다. 사람 목소리의 주파수(350~820MHz)를 감쇠하기 쉬운 펠트계 흡음재를 붙여 부스 내를 일반적인 사무실 내 소음치인 60dB 전후를 유지한다. 환기 팬이나 연기식 화재 경보기도 설치. 드라이버가 있으면 2명이서 30분 정도면 조립할 수 있다고 한다. 판매 가격은 29만 7,000엔(세금 포함)이다.

-- 수지 볼트, 무게는 철제의 6분의 1 --
후루타카세이(기후현 미노시)는 열가소성 수지를 모재로 하는 탄소섬유 강화 열가소성 플라스틱(CFRTP)제 볼트를 전시했다. 기후현 산업기술종합센터와 공동 개발한 것이다. CFRTP 중에서도 PEEK(폴리에테르에테르케톤) 수지를 30% 혼합한 타입의 경우는 질량을 철제 대비 6분의 1로 줄일 수 있다고 한다(M12, 강도 구분 4.8에서의 비교. 철제가 89.1g인데 비해 CFRTP제는 14.6g).

후루타카세이에 따르면 PEEK 수지만으로 만든 제품에 비해 강도가 약 50% 높다고 한다. 강도 시험 결과에서는, 인장파단하중/인장파단응력은, M5∙전장 50mm의 경우 0.068kN/4.771MPa, M6∙전장100mm의 경우 0.049kN/2.457MPa. 경량이고 고강도로 부식되지 않는다는 특징 때문에 드론업체, 된장이나 간장 등을 제조∙판매하는 식품회사 등에서 문의가 들어온다고 한다.

야마테크(도쿄)는 확산접합으로 제작한 부품을 전시했다. 확산접합은 금속의 모재를 밀착시켜 모재의 융점 이하의 온도에서 되도록 소성 변형이 되지 않도록 가압하면서, 접합면 사이에 발생하는 원자의 확산을 이용하여 접합하는 방법이다. 통상의 금속 가공으로는 만들 수 없는 모양의 내부 유로를 만들 수 있는 특징을 살려, 사출 성형 금형의 일부에서 용융한 수지가 통과하는 ‘스프루 부시(Sprue Bush)’를 이 확산접합으로 제작했다.

절삭가공 등에서는 부품 내에 복잡한 유로를 만들기는 어렵다. 분말야금법에서는 강도에 과제가 남아있다. 확산접합이라면 유로를 가공한 판을 적층해서 접합함으로써 복잡한 유로를 가진 스프루 부시를 만들 수 있다.

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