최경락 수석연구원이 개발된 공정으로 생산된 CFRP 부품에 대해 설명하고 있다/한국생산기술연구원 제공

한국생산기술연구원이 용도와 작업자에 최적화된 ‘탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 생산 엔지니어링 공정기술’을 개발했다.
즉, CFRP 제조 장비와 관련된 국내 원천기술을 확보한 것으로 해외의 고가 장비 수입을 대체할 수 있을 것으로 보인다.
CFRP는 철과 비교해 강도는 10배 강하면서도 무게는 20% 정도며 부식이 전혀 없는 고강도·고탄성 경랑소재다.
자동차, 항공기, 우주분야는 물론 반도체와 디스플레이 등 그 활용분야도 넓다.
화학적 안정성, 내열성, 저열 팽창률의 장점을 지녀 많은 기업에서 금속 대체제로 사용하고 있다.
다만 고품질 CFRP 제조장비의 경우 대부분 해외에서 고가로 수입하는 만큼 제품 생산 단가가 높아지고, 장비 유지보수도 어렵다는 단점이 있었다.
연구팀은 카세트 서포트 바 제조 핵심공정인 ‘CFRP 제조용 주입 장치 원천기술’을 확보했다. 이 기술을 이용해 디스플레이 제조 공정간 이동 및 보관에 사용되는 '카세트'에 유리기판을 안착시키는 기능을 하는 ‘카세트용 서포트 바’ 제조 장비에 적용해 시험 생산중이다.
일반적으로 서포트 바는 유리기판을 옮기는 로봇팔의 간섭을 최소화하기 위해 단단하고 휘어짐이나 처짐이 없고, 진동이 적어야 한다.
가볍고 강한 CFRP가 카세트 서포트 바에 가장 적합한 소재로 널리 사용되는 이유다.
CFRP는 원자재인 탄소섬유와 합성수지를 성형·가공해 만드는데, 합성수지의 물성치와 성형 공정 조건이 데이터화돼있지 않으면 경화과정에서 균열이나, 성형 불량 등의 문제가 발생할 수밖에 없다.
연구팀은 기존 수조에 담긴 합성수지에 탄소섬유를 담가 묻히는 방식에서 탄소섬유에 합성수지를 주입하는 방식의 원천기술을 개발했다.
주입량 제어 및 경화온도 관리를 위해 탄소섬유와 합성수지의 혼합비율, 투입배열, 온도에 따른 경화도 등 관련 다양한 실험 및 해석 데이터를 도출했다.
또한 밀폐 조건에서 탄소섬유 합침률을 높이는 방법과 탄소섬유 적층 방법, 원액 누출 방지 방법도 고안했다.
연구팀은 이 기술을 기반으로 탄소섬유 투입 장치, 원액 함침-경화 구간 온도 제어 시스템, 혼합 도구 등을 한 데 합친 ‘밀폐형 재료 주입 장비’를 만들어 냈다.
이 장비로 생산된 CFRP 부품을 카세트 바에 적용할 경우 약 20~50%의 비용 절감과 공정개선으로 인한 최대 70%의 생산효율 효과를 거둘 것으로 기대된다.
최경락 수석연구원은 “CFRP의 제조기반 기술을 국산화했다는데 이번 기술 지원의 의의가 있다”라며 “첨단 신소재 제조기술 분야에서 선진국 종속에서 벗어나는 계기가 되기 바란다”고 밝혔다.

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