보고서 정보
주관연구기관 |
한양소재 주식회사 |
연구책임자 |
주덕기
|
참여연구자 |
박태영
,
이기웅
,
김기남
,
현민수
,
유재희
,
김영준
,
장석기
,
임완수
,
김상일
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2015-04 |
과제시작연도 |
2014 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 |
TRKO201700007061 |
과제고유번호 |
1415135860 |
사업명 |
산업집적지경쟁력강화사업 |
DB 구축일자 |
2017-10-12
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키워드 |
초본계 바이오매스.시트백.프레스성형.폴리프로필렌.압출성형.
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초록
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1. 최종목표
초본계 바이오매스를 보강재로 활용하여 고강도, 고강성의 고기능성 압출 복합재료의 설계와 냄새, VOCs 저감 및 내구품질이 우수한 복합재료를 개발한다. 초본계 바이오매스의 정량적 보강 비율 및 입도 분포에 따른 기계적 성능 확보와 계면 결합력 향상을 통한 고강도, 고강성의 복합재료를 개발하고 냄새, VOCs 저감 배합 기술과 재활용 특성 비교를 통한 배합 기준을 정량화 한다. 자동차용 Seat Back 내장부품규격 검증과 함께 사용 환경에 따른 내환경 평가를 통해 제품의 내구성 확보 및 내구품질기준을 마련한다.
1. 최종목표
초본계 바이오매스를 보강재로 활용하여 고강도, 고강성의 고기능성 압출 복합재료의 설계와 냄새, VOCs 저감 및 내구품질이 우수한 복합재료를 개발한다. 초본계 바이오매스의 정량적 보강 비율 및 입도 분포에 따른 기계적 성능 확보와 계면 결합력 향상을 통한 고강도, 고강성의 복합재료를 개발하고 냄새, VOCs 저감 배합 기술과 재활용 특성 비교를 통한 배합 기준을 정량화 한다. 자동차용 Seat Back 내장부품규격 검증과 함께 사용 환경에 따른 내환경 평가를 통해 제품의 내구성 확보 및 내구품질기준을 마련한다. 최종 개발된 소재의 성형성 확보를 통해 간이성형, 양산성형 조건 설정 및 정형화된 기준을 마련하여 초본계 바이오매스를 이용한 자동차용 Seat Back 부품을 개발한다.
2. 개발내용 및 결과
가. 초본계 바이오매스 복합소재의 기초 연구
고강도 고강성의 초본계 바이오매스 복합재 개발을 위해 선행연구를 통해 초본계 바이오매스의 보강 비율 및 입자크기에 따라 기계적 강도, 강성이 변화되는 것을 확인하였다. 그래서 다양한 보강비율(30-60%)과 입자크기를 각각 200, 250, 300㎛로 Control하여 보강비율은 50%, 입자크기는 250㎛일 때 최적의 생산성과 물성을 확인하였다. 그러나 친수성인 초본계 바이오매스와 소수성 고분자인 PP는 계면결합력이 약함을 문헌 조사를 통해 확인하였고, 이로 인한 추가적인 강도, 강성 개선을 위하여 초본계 바이오매스 복합재의 계면 결합력 향상을 위해 화학적 표면 개질과 Coupling Agent 처방에 따른 방안을 연구하였다. 먼저 알칼리 처리를 통한 화학적 개질 결과 Silane을 1%, 10분 처리하였을 때 우수한 성능을 확인하였다. MAH, EOR Base Coupling Agent 처방 결과 5PHR 처방 시 가장 우수한 탄성율 및 기계적특성을 나타내었다. 그러나 화학적개질 방법은 계면 결합력의 증진이 일어나지만 원하는 물성의 조건이 되지못하고, 개질방법이 수세에 의한 방법으로 진행함에 따라 폐수의 발생으로 이어지고 환경 오염원인으로 부각되어 개발 조건에는 수렴하지 않았다.
나. 초본계 바이오매스 복합소재의 냄새 및 VOCs 저감 배합 기술
자동차 내장부품의 냄새 및 VOCs의 국제 법규 만족을 위해 본 연구에서는 산화, 환원, 흡착 반응 중 산화반응과 흡착반응을 통해 냄새 및 VOCs 저감을 꾀하였다. 산화반응 조제로는 CaO와 Slicate를 활용하였고 흡착반응 조제로는 Bamboo Activated Carbon, Zeolite를 활용하여 실험하였다. 그 결과 산화반응은 산화제와 -OH기의 라디칼 반응을 통해 추가적인 화합물로 환원되어 열화의 추가적인 발생원으로 판단됨에 따라 흡착반응 조제를 통해 냄새 및 VOCs 저감 연구를 진행하였다.
Bamboo Activated Carbon, Zeolite는 다공성 물질로 저분자 화합물의 흡착방법을 통해 성능이 알려져 있어 Volume-Fraction에 따른 성능을 비교하였고 자동차 소재부품의 경량화 및 저감성능의 최적화 할 수 있는 Additives로 Bamboo Activated carbon을 5PHR일 때 가장 우수한 냄새 및 VOCs 저감성능을 확인하였다.
다. 개발 소재부품의 성형성 검토 및 조건 (시제품 제작)
초본계 바이오매스 복합소재를 통해 자동차용 Seat Back부품을 적용하기 위하여 성형조건, 문제점 사전 검색을 위하여 간이로 성형테스트를 진행하였다. 간이금형의 제원은 Radius 0.5~35R 이며, 간이오븐법으로 실험하였다. 그 결과, 개발 부품인 Seat Back(0.5~5R)은 Radius값이 작아 성형상의 문제점은 없었으나 오븐 프레스 성형시 소재의 표면온도 및 소재의 수축율을 확인하고 금형 Clearance의 평가를 위해 활용하였다. 이때, 금형 Clearance의 상이로 인한 부직포의 De-Lamination 현상이 발생하는 문제접이 발견되어 부직포와 개발 소재 사이에 PP Film을 삼입하였다. 이는 부직포와 개발소재의 함침율을 향상시켜 부직포의 De-Lamination 현상이 발생되지 않도록 하였다. 그 결과 PP 20㎛ Film을 삽입하였을 때 부직포의 De-Lamination 현상이 발생되지 않았다.
라. 개발소재 및 부품의 내환경 내구성능 평가 및 공인기관 시험
개발소재는 MS 361-13자동차 기준에 의거 기계적 성능의 만족 여부 및 부품의 사용환경에 따른 내환경 내구 성능을 확인하기 위한 시험을 진행하였다. 또한 자체적으로 가혹 내구성능을 확인하기 위하여 개발소재 및 부품을 내열내구성시험(90℃, 100℃, 140℃ / 720h), 내습내구성시험(70%, 80%, 90% / 720h), 내한내구성시험(-20℃, -30℃, -40℃ / 720h), 열충격성시험(-40℃ / 110℃ : 60Cydes), 내열사이클성시험(90% / 110℃ / -40℃ : 12Cycles)을 실험하였다. 그 결과 두께 및 치수변화율과 화학상태분석, 표면분석, 기계적 특성 분석을 실시하여 자동차 내장부품으로의 내환경 내구성능을 확인하였다. 또한 내광성, 내자외선성 시험을 통해 자외선의 안정성을 검증하였고 내장기준 ΔE=2이하 기준에 부합되는 성능을 확인하였다.
마. 개발소재의 재활용성 확인을 위한 검증 시험
개발소재 및 부품 생산 시 발생되는 불량품과 Scrap의 재활용성을 확인하고 재활용이 가능한 범위의 정량화를 위한 검증 시험을 진행하였다. 그 중 소재생산단계의 불량품과 Scrap을 이용하여 Volume-Fraction(5~20%)에 따른 재활용 성능을 실험하였다. 그 결과 불량품과 Scrap의 Volume-Fraction이 10% 수준일 때 자동차 내장 부품 기준을 상위하는 안정적인 성능이 구현되어 소재 및 부품의 재활용성능을 확인하였다.
바. 사업화 성과
고강도, 고강성, 경량화, 재활용성, 냄새 및 VOCs 저감 성능이 향상된 소재 및 부품을 개발하였으며, 추가적인 소재부품으로 활용하는 용도개발을 추진중에 있고, 현재는 양산중인 신차 SUV 차종(Target : YP)의 Seat Back으로 개발 제안하여 3열 Seat Back으로 적용되어 당사 매출액의 8%의 증진이 발생되었다.
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
- 기술적 기대효과
초본계 바이오매스의 적극적인 활용을 통해 압출성형기술은 물론 고밀도 경량특성을 구현하고 계면 결합력 향상을 통한 강성 및 표면 장력, Elongation의 성능을 향상시키는 기술적 우위를 점 할 수 있는 국내 최초 활용 기술이다. 선진 자동차 업체들이 친환경성 바이오복합소재를 추구함에 따라 본 개발을 통한 자동차 내장부품 개발은 선진국으로 가는 기술개발의 지름길이며 고강도 경량특성 및 감성품질, 내구성만족이라는 신기술, 신공법을 탄생시키는 주요한 기술로 자리매김 할 수 있다.
- 경제적 기대효과
초본계 바이오매스 복합재의 개발로 부존자원 활용을 통한 개발제품의 가격경쟁력 향상효과 및 Recycle을 통한 원유수입의 감소 및 경쟁력 있는 소재로 어어지는 로드맵을 가지는 소재로 거듭 날 수 있다.
4. 적용분야
자동차 부품소재(Sheet Back, Package Tray, Rear Shelf, Door Trim, Filler류 등)
(출처 : 최종보고서 초록 4p)
목차 Contents
- 표지 ... 1생산기술사업화 지원사업 최종보고서 ... 2제출문 ... 3생산기술사업화 지원사업(현장맞춤형 기술개발 부문) 최종보고서 초록 ... 4목차 ... 7그림목차 ... 8표목차 ... 10제1장 서론 ... 12 제1절 개발기술의 개요 ... 12 제2절 관련 기술 현황 ... 14제2장 기술개발 내용 및 방법 ... 17 제1절 기술개발 목표 ... 17 제2절 세부 개발내용 및 방법 ... 20제3장 결과 및 사업화 계획 ... 92 제1절 성과 요약 ... 92 제2절 기대효과 ... 96 제3절 개발기술을 적용한 제품화, 양산·마케팅 전략 및 계획 ... 98Reference ... 99끝페이지 ... 103
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