[헬로티]

탄소섬유강화플라스틱(이하 CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)은 고강도·고탄성 경랑소재로서 미래 산업을 이끌 핵심 부품소재로 각광받고 있다. 자동차, 항공기, 우주분야는 물론 반도체와 디스플레이 등 그 활용분야도 무궁무진하다.

CFRP는 철과 비교해 강도는 10배 강하면서도 무게는 1/5 정도이며, 부식이 전혀 없다. 게다가 화학적 안정성, 내열성, 저열 팽창률이라는 장점 때문에 이미 많은 기업에서 금속 대체제로 사용하고 있다.

다만 고품질 CFRP 제조장비의 경우 대부분 해외의 고가 장비를 수입해 사용해왔다. 제품 생산 단가가 높아지고, 장비 유지보수도 어렵다는 단점이 있어 제조 공정 국산화가 꾸준히 요구되어 왔다.

한국생산기술연구원(이하 생기원)이 자평테크와 함께 용도와 작업자에 최적화된 ‘CFRP 생산 엔지니어링 공정기술’을 개발했다. 

이번 기술은 디스플레이 제조 공정 간 이동 및 보관에 사용되는 ‘카세트’에 유리기판을 안착시키는 기능을 하는 ‘카세트용 서포트 바’ 제조 장비를 응용했다.

일반적으로 서포트 바는 유리기판을 옮기는 로봇팔의 간섭을 최소화하기 위해 단단하고 휘어짐이나 처침이 없고, 진동이 적어야 한다. 가볍고, 강한 CFRP가 카세트 서포트 바에 가장 적합한 소재로 널리 사용되는 이유다.

지능형생산시스템연구부문 최경락 수석연구원팀은 카세트 서포트 바 제조 핵심공정인 ‘CFRP 제조용 주입 장치 원천기술’을 확보했다.

CFRP는 원자재인 탄소섬유와 합성수지를 성형·가공해 만드는데, 합성수지의 물성치와 성형 공정 조건이 데이터화 되어 있지 않으면 경화과정에서 균열이나, 성형 불량 등의 문제가 발생할 수밖에 없다.

연구팀은 기존의 수조에 담긴 합성수지에 탄소섬유를 담가 묻히는 방식에서, ‘품질 표준화’를 목표로 탄소섬유에 합성수지를 주입하는 방식의 원천기술을 개발했다.

주입양 제어 및 경화온도 관리를 위해 탄소섬유와 합성수지의 혼합비율, 투입배열, 온도에 따른 경화도 등 관련 다양한 실험 및 해석 데이터를 도출했다. 또한 밀폐 조건에서 탄소섬유 합침율을 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.

해당 장비로 생산된 CFRP 부품을 카세트 바에 적용할 경우 약 20~50%의 비용 절감과 공정개선으로 인한 최대 70%의 생산효율 효과를 거둘 것으로 기대된다.

▲자평테크 정원경 기술개발 책임연구원이 이번에 개발된 공정 장비를 조작하고 있다. <출처 : 한국생산기술연구원>