자율주행이 요구하는 기술들

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자율주행이 요구하는 기타 기술

 

 

최근 자동차산업의 핵심기술의 하나뿐인 친환경 미래 자동차는 기업 들에 뜨거운 주목을 받고 있으며 중국에서는 여러 IT 기업이 자동차기 업과 손잡고 자율주행차량을 개발하고 있으며 화웨이는 자율주행차 분야에서 둥펑 이외에 최근 전기차 기업 비야디(BYD) 창안자동차 등과도 협력키로 했으며 CFRP는 그 비중이 스틸 알루미늄에 비교해 1/5 1/1.8로 가볍고 동시에 인장강도가 높은 관점을 가지고 있으며 최근 들어 전 세계적으로 강화되고 있는 차량 연비규제는 자동차 제조사들이 더 커다란 비용을 급여하고서라도 더 가벼운 재료를 활용하도록 하는 원인이 되고 있으며 그간 동안 제한적으로 검토되던 탄소섬유 강화 플라스틱 역시 마그네슘 알루미늄 등의 경량 금속과 같은 경량화 소재로써 기대를 받고 있으며 탄소섬유 강화 플라스틱은 열가소성 열경화성으로 분류되고 현재까지는 대부분의 탄소섬유 강화 플라스틱 부품 탑재 차량 모델들에 열경화성 탄소섬유 강화 플라스틱이 적용되어 있지만 열가소성 탄소섬 유강화 플라스틱도 친환경성 경제성으로 인해 주목을 받고 있으며 본고찰에서는 자동차 경량화 소재로써의 탄소섬유 강화 플라스틱의 활용 및 종료 사례를 살펴보면 다음과 같이 3가지로 구분할 수 있으며 열경화성(Thermosetting) 탄소섬유 강화 플라스틱은 가열하면 화학반 응이 나타나 고체 상태가 되는데 더 한번 가열해도 연화(Softening) 되지 않는 특성이 있으며 통상적으로 탄소섬유 강화 플라스틱은 열경화성 탄소섬유 강화 플라스틱을 지적하는 상황 많다.

 

 

열가소성(Thermoplastic) 탄소섬유강화플라스틱은 가열하여 연화시킨 후 냉각시키면 고체 상태가 되지만 재차 가열하면 다시 연화시킬 수 있으며 일본에서는 자동차 차체용 재료로써 열경화성 탄소섬유 강화 플라스틱과 더불어 열가소성 CFRP를 적극적으로 도입하려는 행위를 보이고 있는데 열가소성 탄소섬유 강화 플라스틱에 커다란 관점을 갖는 이유는 다음과 같다.

 

 

높은 생산효율에 대한 비용이 절감 효과 이미 일부 소량 양산 차에서 탄소섬유강화플라스틱은 적용되고 있지 만 커다란 생산 비용으로 인해 통속적인 경량화 소재로써 자리 잡기 에는 굉장히 어려움이 있으며 열경화성 탄소섬유 강화 플라스틱은 화학반응에 대해 경화(Hardening) 되기까지 시간이 약간 걸리지만 열가소성 탄소섬유 강화 플라스틱은 성형 상태에서 화학반응이 필요 없어 성형시간이 짧다.

 

 

성형 가공비는 그 제품을 생산하는데 들어가는 시간과도 직결되기 때문에 성형시간과 전후 가공 타임의 단축은 곧 비용 절감으로 이어진다고 할 수 있으며 장차 1분 만에 성형 가능한 기술이 양산기술로써 자리매김할 수 있다면 한대의 프레스기에서 매달 1만 5000대에서 2만 대 기존의 투자 설비와 노하우의 활용 가능성이 높음 열가소성 탄소섬유 강화 플라스틱의 프레스 성형가공은 재료를 가열· 냉각하는 공정을 제외하면 현재까지 스틸 모노코크 구조 설계에서 축적받아온 프레스 제품의 생산설비 성형가공 금형제작 품질 숙성 제품 설계 등의 다양한 노하우나 선비 등이 응용 가능한 상황이 많다.

 

또 다른 기술들

 

탄소섬유강화플라스틱 소재의 비용이 크기 때문에 판매 가격이 비교했을 때 저렴한 가격 다량 생산차에는 도입이 복잡하지만 기존 설비 적용이 가능하다면 설비 투자금을 줄임으로써 생산 비용을 절감할 수 있으며 재활용이 용이 열경화성 탄소섬유 강화 플라스틱은 재차 가열해도 연화되지 않아 재사용이 기술적으로 복잡하지만 열가소성 탄소섬유 강화 플라스틱은 가역성이 있기 때문에 재적용에 적합하다고 할 수 있으며 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)은 재적용의 한 예로 일본의 Carbon Fiber Recycle Industry와 Gifu University는 열가소성 탄소섬 유강 화 플라스틱의 재생 공정을 개발했으며 이 공정은 탄소섬유를 섬유상 태그 자체로 회수함으로써 여러 용도로 사용할 수 있고 폐탄소섬 유강 화 플라스틱이 갖는 수지 성분을 연료로 쓰기 때문에 에너지 절약이 가능하다.

 

 

재적용을 위해서는 이런 공정 개발과 같이 중고차 폐차 시재적용이 가능하도록 접합된 제품의 해체 분리가 쉽게 하도록 하며 열가소성과 열경화성 탄소섬유 강화 플라스틱의 조합 또는 접착제에 대한 접합은 분리하기 어려워 재활용하기 복잡하다는 전제에서 설계 방침을 정해져야 하며 열경화성과 열가소성의 주요 특징을 정리하면 바로 열가소성 탄소섬유 강화 플라스틱은 재활용 적용하여 친환경적이라는 커다란 장점을 맺고 있는 반면 열경화성 탄소 섬유 강화 플라스틱에 비교해 접착 강도 강성(Rigidity Stiffness) 및 강도 (Strength)가 낮으며 자동차 바디의 구조설비 기술이 정착되어 있지 않은 이슈가 있으며 자동차 바디에 열경화성 탄소섬유 강화 플라스틱을 적용하는 상황의 성형 가공법은 RTM 성형법 또는 오토클레이브 성형법이 사용되고 있으며 오토클레이브에 의한 성형은 섭씨 -20℃에 냉동 보관된 중간기재의 프리프레그 시트를 가공전에 도출하고 부품의 형상에 맞춰준 후 컷팅하며 그 이후 컷팅된 시트를 드라이어로 가열하고 녹녹하게 하면서 수동으로 성형틀에 붙여간다.

 

 

이때 부분적으로 강도를 올리고 싶은 영역에는 여러장 거듭하여 적층 하며 그다음 공기주입 구가 가설한 비닐봉지로 성형틀 전부 다 감싸고 오토클레이브에 투입하며 오토클레이브에서는 비닐봉지로 내포된 휘발 물이나 공기를 진공 제거하고 가열 가압하여 시트를 성형틀에 밀착시켜 성형하고 경화시켜주며 투입하고 2시간 넘게 경과한 후 꺼내고 제품 형상에 맞춰 컷팅해 구멍을 워터젯 등으로 분쇄하며 시간 많이 들어 손 많이 가는 성형 가공법이지만 성형틀에 완전하게 맞출 수 있기 때문에 정확 도가 높고 겉쪽이 깔끔한 제품을 얻을 수 있다.

 

 

※참조 문헌 : 중국 무인차 산업의 문제점과 활성화 방안에 관한 연구(스친 2019)