산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2026.1 (p38-39)

와시(和紙) 제조법으로 수지 함침 불필요한 ‘초지(抄紙) CFRP’
정밀 소형 부품에도 대응, 아이신

아이신이 일본 전통 종이인 와지(和紙) 제작 공정인 초지(抄紙) 기술을 활용한 탄소섬유강화 수지(CFRP) ‘초지 CFRP’를 개발했다. 알루미늄과 동등한 강도를 가지며, 무게는 알루미늄의 절반 정도이다. 기존 CFRP가 어려워했던 소형 부품도 성형할 수 있다. 수지 함침 공정이 필요 없고, 프레스 가공 시 고화되므로 생산 시간 단축도 기대할 수 있다.

-- 단섬유 CF와 섬유상 수지를 함께 혼입 --
기존의 CFRP는 긴 탄소섬유를 직조한 뒤 수지를 함침시키고 건조해 제조한다. 한편, 아이신이 개발한 초지 CFRP는 짧은 탄소섬유와 섬유 형태의 수지를 처음부터 함께 혼입해 제작한다.

제조 공정은 다음과 같다. 먼저 짧은 탄소섬유와 폴리카보네이트(PC) 등의 수지 섬유를 물속에서 혼합한다. 이어 혼합액을 망 위에서 탈수·건조해, 탄소섬유와 수지 섬유가 얽힌 펠트 형태의 ‘생지(生紙)’로 가공한다.

이 생지를 기재(基材)로 여러 장 적층한 뒤 프레스기로 가열∙가압해 CFRP로 만든다. 프레스 과정에서 섬유 형태의 수지를 녹아 고화되므로, 별도의 수지 함침 공정이 없이 바로 성형할 수 있는 제조법이다. 사용 재료와 생지의 두께에 따라 달라지지만, 생지 11~12장을 적층해 프레스하면 두께 약 2mm의 판재를 성형할 수 있다.

-- 높은 가공 자유도가 강점 --
최대 강점은 작고 세밀한 부품에도 적용 가능한 높은 가공 자유도다. 아이신 측은 “긴 탄소섬유를 사용한 CFRP는 섬유가 휘어지기 때문에 미세한 요철 등 정밀 성형이 어렵다”라고 설명한다. 이에 비해 초지 CFRP는 작은 요철이 있는 성형에도 대응할 수 있다.

다만, 초지 기술을 활용할 때 길이 수 mm 수준의 단섬유를 사용하기 때문에, 항공기나 차체 등에 쓰이는 장섬유 CFRP에 비해 강도는 낮다. 강도를 높이고 싶다면 허니컴 구조 등 형상 설계로 보완하는 방법도 있다고 한다.

초지 CFRP 자체는 “알루미늄과 동등한 파단 강도를 가지고 있다는 것이 입증되었다”라고 아이신은 밝혔다. 무게는 알루미늄의 절반 정도이며, 알루미늄보다 더 유연하게 휘어진다. 드론용 소형 프로펠러 등으로 활용될 가능성이 기대된다.

초지 CFRP가 미세한 요철 가공에도 대응할 수 있는 배경에는, 탄소섬유와 수지 섬유를 생지로 만들 때 첨가하는 소재가 있다. 식물의 세포벽 등에 포함된 다당류인 헤미셀룰로오스를 활용한 입자 소재다.

-- 입자 소재 첨가로 유동성 향상 --
입자 소재를 첨가하면 프레스 성형 시 녹는 수지의 유동성이 향상된다. 예를 들어 얇은 판의 보강 등에 사용하는 돌기(리브)를 성형할 경우, 탄소섬유가 금형의 리브 부분에 침투하지 못해 수지만으로 성형되는 부분이 생겨버린다. 그러나 입자 소재를 첨가함으로써 리브 부위에 탄소섬유가 유입된 상태로 성형할 수 있게 되었다.

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Nikkei Monozukuri_2026.01 목차

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