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탄소섬유 기술을 통한 더욱 연료 효율적인 자동차 개발
독일 뒤셀도르프에서 개최된 [Composites Europe]에 전시된 탄소섬유 강화 플라스틱으로 제작된 포드의 Focus 모델 보닛은, 유명한 경주용 차나 고성능 스포츠카에 보통 사용된 초강력 재료로 만들어졌다.
이 프로토타입 보닛은 기존의 강철로 제작된 것보다 50% 이상 경량화되었다. 포드 유럽연구센터(Ford European Research Centre)의 엔지니어들이 결합한 현재 진행 중인 연구 프로젝트 상에서 도출된 결과 때문에, 개별 탄소섬유 보닛의 생산 시간은 일반 대량생산 공정에 적용되어도 충분하다. 이것은 포드가 제작하는 자동차에 경량화된 재료를 더 많이 사용하기 위한 한 단계 전진이다.
"자동차의 경량화가 연료 소비량에 중요한 이점이 있다는 사실은 비밀이 아니지만, 아직 많은 수량의 탄소섬유 자동차 부품 생산을 신속하고 적용 가능하게 하는 프로세스를 이용하기가 어렵다. [Hightech.NRW] 연구 프로젝트를 통해 재료 전문가들과 협력함으로써, 포드는 탄소섬유 재질의 부품을 비용효율적으로 제작하기 위한 솔루션을 개발하기 위해 노력 중"이라고 포드 유럽연구센터의 우수 재료 및 프로세스 연구 엔지니어인 Inga Wehmeyer씨는 말했다.
[Hightech.NRW] 연구 프로젝트에 포드 유럽연구센터가 참여함으로써, 포드는 Dow Automotive Systems사와 파트너십을 체결했다. 이것은 새로운 재료, 디자인 프로세스 그리고 제조 기술을 연구하기 위해 올해 초 발표되었다.
Dow Automotive Systems사와 포드는 자동차에 적용 가능한 탄소섬유에 대한 경제적인 소스를 개발할 뿐 아니라 대용량 제조 방법에도 초점을 맞추고 있다. 두 가지 모두 미래의 포드 축전지 전기자동차와 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 이동거리 향상에 중요한 요소이다.
탄소섬유는 매우 높은 무게당 강도율을 제공한다. 이것의 강도는 강철의 5배까지, 강성은 2배 그리고 무게는 1/3이다. 탄소섬유와 같이 발전한 재료는 앞으로 10년 이내까지 자동차 무게를 340kg까지 줄이고자 하는 포드의 계획에 중요한 사항이다.
"자동차의 에너지 사용량을 줄이는 방법은 2가지이다. 그것은 움직이는 데 필요한 연료의 변환 효율성을 향상시키는 것과, 동력발생 전달장치(powertrain)가 필요한 작업량을 줄이는 것이다. 포드는 [EcoBoost]를 통해 엔진의 크기를 작게 만듦으로써 주로 연료 변환 문제를 해결하고, 작업 부하량을 줄이는데 중요한 요소인 중량 감소와 유체역학 분야에도 노력을 기울이고 있다"고 포드 최고기술책임자이자 부회장인 Paul Mascarenas씨는 말했다.
포드는 [Hightech.NRW] 연구 프로젝트를 위해 아헨공과대학교(RWTH Aachen University)의 자동차공학연구소(Institute of Automotive Engineering), Henkel사, Evonik사, 플라스틱 프로세싱연구소(IKV, Institute of Plastics Processing), Composite Impulse사 그리고 Toho Tenax사의 전문가와 공동작업을 진행하고 있다.
독일 노르트라인베스트팔렌 주에 의해 자금지원을 받는 이 프로젝트는 2010년에 시작되었고, 2013년 9월까지 계속 진행될 예정이지만 이미 그 목표를 향한 상당한 전진을 이루어내었다. 그것은 다음과 같다.
- 기존의 자동차 제조 공정에 통합될 수 있는 차체 패널용 탄소섬유 복합재료를 제작하는 비용효율적 방법의 개발
- 개별 부품 생산 시간을 상당히 줄이는 방법
- 적용 가능한 표준에 필요한 마감작업의 양을 감소시키는 것
- 페인팅 필요조건을 만족하는 것
- 부품 무게의 최소 50% 감소
정련 갭-함입 프로세스(refined gap-impregnation process)는 사전 형성된 탄소섬유 텍스타일 재료에 수지를 신속하고 안정적이며 적용 가능한 방법으로 고품질을 유지하면서 도입함으로써 가능하다.
초기 시험에 의하면, 프로토타입 포드 Focus 모델 보닛과 같은 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastics) 부품은 강성, 부식 저항성 그리고 충돌 성능과 같은 포드의 높은 표준기준을 만족할 것이다. 또한, 이 부품은 보행자 보호 머리-충격 시험(pedestrian protection head-impact tests)을 잘 통과했는데, 그 이유는 2개의 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP) 층 사이에 샌드위치된 특수 폼 코어를 혁신적으로 배치했기 때문이다.
"포드 자동차를 이용하는 수백만 명의 승용차 고객은 가까운 미래에 탄소섬유 재질의 차체 샘플이 판매될 것이라고 기대해서는 안 된다. 그렇지만, 우리가 프로토타입 포드 보닛을 위해 정련하고 개발한 기술은 앞으로 대량생산으로 기술이전될 것"이라고 Inga Wehmeyer씨는 말했다.
출처 : http://phys.org/news/2012-10-carbon-fiber-technology-fuel-efficient-vehicle...
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