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Kafe 바로가기주관연구기관 | 코프라 |
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연구책임자 | 이종수 |
참여연구자 | 서강준 , 이창현 , 최기환 , 유학위 , 이정환 , 정선경 , 김명순 , 장동환 , 정영준 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2020-07 |
과제시작연도 | 2020 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO202200005408 |
과제고유번호 | 1415167617 |
사업명 | 소재부품기술개발(R&D) |
DB 구축일자 | 2022-07-23 |
키워드 | 고내열 투명소재.비구면렌즈.고내열 투명소재.폴리페닐렌설파이드.경량화.헤드램프. |
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
- 전조등 구성품목 중 현재 플라스틱이 적용되고 있는 하우징, 베젤, 아웃터 렌즈의 경량화를 동시 추진함으로써 경량화 효율을 높임.
- 하우징은 램프 내부 부품을 지지하며 실장하는 무기물 강화 폴리프로필렌(PP+GF, PP+TD) 등이 널리 사용되고 있어 기계적 강도와 치수안정성이 요구되며 하우징의 경량화를 위해서 제품의 살두께를 줄여 전체적인 중량을 줄이고 박육화에 의한 기계적 강성 저하를 방지하기 위한 설계를 적용하여 경량화 달성을 할 수 있으며, 베젤은 반사경을 둘러싸고 있는 부
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
- 전조등 구성품목 중 현재 플라스틱이 적용되고 있는 하우징, 베젤, 아웃터 렌즈의 경량화를 동시 추진함으로써 경량화 효율을 높임.
- 하우징은 램프 내부 부품을 지지하며 실장하는 무기물 강화 폴리프로필렌(PP+GF, PP+TD) 등이 널리 사용되고 있어 기계적 강도와 치수안정성이 요구되며 하우징의 경량화를 위해서 제품의 살두께를 줄여 전체적인 중량을 줄이고 박육화에 의한 기계적 강성 저하를 방지하기 위한 설계를 적용하여 경량화 달성을 할 수 있으며, 베젤은 반사경을 둘러싸고 있는 부품으로 배광 성능 및 램프의 전체적인 스타일에 영향을 미치는 부품으로 현대식 자동차 모델에 쓰이는 투명렌즈가 도입되면서 중요성이 높아지게 됨. 렌즈는 램프 내부의 광원에서 나온 빛을 외부로 투과시키기 위하여 광투과율이 높고 외부로 부터의 충격으로부터 램프를 보호하기 위해 충격강도 등의 기계적 강성이 우수한 PC 소재가 널리 사용되며 베젤 및 렌즈는 제품의 살두께를 줄여 경량화를 실현할 수 있으며 제품의 박육 성형을 위해서는 얇은 두께에서도 사출 성형이 가능하도록 유동성이 뛰어난 소재의 적용이 필수적임. 따라서, 자동차용 화학소재 중 범용적으로 사용되는 PP(폴리프로필렌) 복합재료의 기술 수준은 선진국 대비 90% 이상 도달해 있으나, 고기능성 소재인 엔지니어링 플라스틱, 슈퍼엔지니어링 플라스틱 소재 기술 및 시장은 선진국에 크게 의존하고 있는 실정으로 향후 급변하는 자동차 산업의 패러다임에 발맞추기 위해 관련 국산화 기술 확보가 필요함
□ 개발내용 및 결과
- 본 사업을 통해 개발된 소재는 상용화 완료 하였으며 매출액은 아래와 같다.
- 롯데케미칼
⊙ 국내
판매기간 : 2018
매출액 (기준; 원) : 5억7천만원 (317톤)
⊙ 국내
판매기간 : 2019
매출액 (기준; 원) : 8억
⊙ 국내
판매기간 : 2020
매출액 (기준; 원) : 3억
- SK케미칼
⊙ 국내/외
판매기간 : 2018
매출액 (기준; 원) : 605,719,299
⊙ 국내/외
판매기간 : 2019
매출액 (기준; 원) : 400,069,433
⊙ 국내/외
판매기간 : 2020
매출액 (기준; 원) : 201,214,750
- 현대모비스
⊙ 국내
판매기간 : 2018
매출액 (기준; 원) : 10,000,000,000
⊙ 국내
판매기간 : 2019
매출액 (기준; 원) : 40,000,000,000
⊙ 국내
판매기간 : 2020
매출액 (기준; 원) : 50,000,000,000
- 니프코코리아
⊙ 국내
판매기간 : 2019
매출액 (기준; 원) : 600,814,526
⊙ 국내
판매기간 : 2020
매출액 (기준; 원) : 530,722,955
▣ 코프라
- PPS 복합화 공정 기술을 개발 완료하였다.
고강성 PPS 복합화 컴파운딩 공정 기술 개발 및 LFT적용을 통한 강도 증가 개발 연구, 강도 보강을 위한 최적화 보강 섬유 연구개발 등을 통한 관련 특허기술 확보 및 시양산 평가를 통한 LOSS율 관리 등을 공정검사를 통하여 확인하였으며 최적화 과정을 통하여 공정수율을 통한 가격경쟁력또한 확보를 하였으며 향후 국내산업의 국산화 대체 및 제품 활용성이 더욱 커질 것으로 기대하는 바이다.
▣ 롯데케미칼
- 유리대체 고내열 고투명 비구면 PC계 소재 개발
광학용 폴리카보네이트의 국내 기술수준은 광투과율은 만족할만한 수준이나 내열도의 경우 해외 선진사 대비 미흡하여 수입에 의존하고 있는 실정이다. 금번 기술개발을 통하여 선진사와 유사한 내열도 및 광투과율을 확보하였으며, 기존 생산설비를 활용 가능한 컴파운드 기술을 개발하여 추가 투자없이 수입대체 효과를 발휘할수 있는 여건을 마련하였다 향후 양산화 공정을 보강하여 국산화를 통한 제품 활용성에 이바지 할것으로 기대되는 바이다.
▣ SK케미칼
헤드램프 리플렉터용 Direct 증착 고내열 PPS 복합소재와 베이스 플레이트용 고강도 PPS 복합소재를 개발 완료함.
- PPS의 말단 개질을 통한 end group 다변화, filler type 별 코팅 별 특성 평가, 다양한 첨가제 적용 등을 통해 헤드램프 리플렉터에 적용되는 Direct 증착용 고내열 PPS 복합소재를 개발하였다. 최적 조성으로 Al 증착 성능, 표면 roughness 등, 내열/내습 후 물성 유지율을 평가하여 소재의 신뢰도를 높였으며, 사출 유동 모사와 금형 수축 특성 연구로 가공 편의성을 확보하였다.
- 비철 금속 대체를 위해 PPS의 점도, 첨가제, 상용화제, GF 타입 연구로 베이스 플레이트용 고강도 PPS 복합소재를 개발 완료하였다. 소재의 Outgas 저감을 위해 조성과 가공 조건을 연구하였고, 사출 성형성 개선을 위한 핵제와 이형제 등의 조성 연구와 thin-wall mold 성형과 고화 속도 측정 등의 성형성 모사 평가 방법을 setting 하였으며, 실제 부품에서 효과가 있음을 확인하였다.
▣ 테크웰
-자동차 전장의 고전압 사용 증가로 인한 주변기기간의 간섭으로 인한 전자파의 발생이 많아지고 부품 내부의 노이즈 발생이 점차 늘어남에 따라 차폐의 필요성이 많이 요구되는 사항임
-전자파 차폐용 하이브리드 필러를 적용함에 따라 고주파의 차폐를 효율적으로 할 수 있게 되었고 탄소 소재와 비 탄소 소재의 금속화 및 카본 나노튜브 등의 분산을 통한 코팅을 함으로 하이브리드화를 실행하여 차폐의 정도를 높일 수 있음을 확인함.
-PPS이외 타종의 수지의 적용을 확대하고 하이브리드 필러의 다양한 응용을 통한 카본파이버, 부직포등의 코팅과 전기차 및 E&E분야의 차폐소재 적용을 위한 기반을 마련함.
▣ 니프코코리아
- 전조등 광원 모듈용 플라스틱 비구면 렌즈 소재 검토
: 해외 선진사 고내열 PC와 롯데케미칼 PC소재 성형성 비교
- PLASTIC LENS 생산성 최적화를 위한 금형 공법 연구
: 멀티레이어(single, 2-layer,3-layer)별 금형 제작 공법 수립
- SK케미칼 PPS 개발소재 적용 사업화
▣ 현대모비스
- 전조등 경량화를 위한 부품 박육 설계 완료
- 개발 소재 적용을 위한 요구 물성 확립
- 개발 소재 적용 부품 사업화
▣ 한국자동차연구원
- 박육 베젤용 PBT 복합소재 검토 완료
: 박육 베젤 성형을 위해 고유동 PBT 소재를 제조사별 평가를 통해 최종 소재 grade 선정
- 개발 부품의 신뢰성 확보 방안마련
: 개발 소재를 비롯한 전조등 모듈에 사용되는 고분자 소재에 대한 함발습율 측정을 통해 김서림 방지 기초 데이터 확보
: 시리즈시험법 개발을 통한 개발 소재의 신뢰성 확보방안 확립
▣ DYETEC 연구원
- Base plate 용 PPS 복합소재 조성 및 사출 공정 최적화 연구를 완료하였다. SK케미칼(이니츠) PPS 수지의 grade 별 열거동 분석, PPS 복합소재의 고강도 물성 도출을 위한 GF 적용성 (GF단면, Fiber length, 배향성, 분산성) 연구, 컴파운딩 및 사출조건에 따른 물성평가를 통해 공정 최적화 연구를 완료하였고, 온도 변화에 따른 최종 소재의 기계적 물성을 평가하고 최종 소재에 대한 물성 검증을 완료하였다
▣ 인하공업전문대
- 박육형 경량 헤드램프 모듈제품에 대한 공정 적합성 평가 목표위하여 경량 플라스틱 재료에 대한 대체 소재 선종 프로세스 제공, 수치해석적 방법과 형상정밀도 평가를 통한 각 구성부품 및 모듈제품에 대한 공정/조립/생산 적합성 평가를 수행함
▣ Northeastern Uni.
- 기능성 CNT 복합체 개발을 통해 리플렉터의 접착력 항상 및 방열 특성 향상, 전자파 차폐 기능 특성 구현
□ 기술개발 배경
-내 자동차용 화학소재 중 범용 소재는 선진업체와 대등한 수준이나, Speciality 등 신소재 분야는 선진기업과 큰 기술 격차를 보이고 있음
-엔지니어링 플라스틱(EP) 및 슈퍼 EP 등 기능성 화학소재 분야는 선진기업들이 이미 원천기술을 선점하고 국내 EP 시장을 장악하고 있는 실정임. 예를 들어 PA66는 Rhodia 등에서 80%, POM은 KEP 등에서 64%, PPS 는 TORAY 등에서 52%, mPPO, 불소수지 및 방향족 PA는 Dupont 등에 서 100% 선점하고 있는 실정임(2011년 기준)
-화학소재의 물성 및 기능성 향상을 위한 기능성 첨가제(충격보완제, 난연제, 내광안정제 등) 등도 원천기술 부재로 해외수입에 의존하고 있는 실정임. 따라서, 자동차에 적용되는 화학소재 중 기능성 플라스틱에 대한 국내기술 확보가 절실한 상황으로 관련 기술 확보를 통한 국가 경쟁력 확보 필요함
-자동차 유리 대체 소재로 각광받고 있는 폴리카보네이트 수지는 국내에서도 1990년 초 미국 수출형 자동차의 헤드램프 outer lens에 장착한 이래 거의 대부분의 헤드램프의 outer lens에 적용되고 있으며, 경량 글레이징 연구로 고정창 등을 대체해 나가고 있는 실정임. 하지만 AFLS 모듈용 프로젝션 렌즈에 적용할 수준의 내열성 및 고유동 소재 개발은 최근 이루어지고 있으며, 해외 몇군데 업체에서 생산되고 있는 상황임
-광학용 폴리카보네이트의 국내 기술 수준은 광투과율과 내열성이 높은 그레이드 개발이 이루어지고 있지 않아, 신규 소재 개발이 절실한 상황임. 또한, 관련 소재 적용 공법 역시 기술 개발이 미흡한 상태임
-국내 자동차 산업은 세계 5위 생산국으로 국가 경제의 큰 부분을 담당하고 있으며, 전방사업인 부품소재, 설비산업 및 후방산업인 금융업, 서비스업, 건설, 유류산업까지 막대한 영향을 미치고 있음. 전체 제조업 고용의 10%, 제조업 생산의 11%, 부가가치의 12%를 차지하는 국가 주력 산업임
-화학소재 산업의 생산액은 약 386조원으로 전체 제조업의 약 25%를 차지하는 국가 기반 산업으로 생산액 기준 2011년 세계 6위를 차지하고 있으나, 범용 수지 위주의 소재를 생산하고 있어 새로운 수익구조 모델이 필요한 상황임
-주요 선진국에서는 자동차 산업의 선도를 위해 화학소재 산업과 자동차 산업을 연계하는 정책 과제를 수행하고 있음. 미국, 일본, EU는 정부 차원에서 자동차-화학 클러스터를 육성 지원함으로써 관련 산업 발전을 추진하고 있으며, 또한 다양한 지원책을 수립하여 산업 추이에 발 빠르게 대응하고 있음
□ 핵심개발 기술의 의의
- 본 과제를 통한 복합체 가공공정 및 국산화 개발과 소재를 취급하는 국외 유수기업들과 경쟁할 수 있는 가격경쟁력 및 품질 확보로 인하여 고내열 및 내화학 특성을 최대한 활용할 수 있도록 가혹조건에 노출된 장비 등의 하우징 용도로 사용이 향후 증가될 것으로 판단되며 강성을 크게 향상시키므로서 금속을 대체하는 소재로까지 적용이 가능할 것으로 판단됨.
□ 적용 분야
- 자동차 전조등, 엔진룸 하우징, 전기전자, 건축물 등에 적용할 수 있다.
(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 4p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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