[iR52 장영실상] 탄소 소재로 무게 줄여 차량 효율성·안전성 높여

성우하이텍·신성소재·현대차 '전기자동차용 시트 크로스 멤버'

왼쪽부터 성우하이텍 정윤성 책임연구원, 신성소재 신윤종 연구소장, 현대자동차 박상윤 책임연구원, 이건철 책임매니저.

성우하이텍과 신성소재, 현대차가 함께 개발한 '전기자동차용 경량 고강성 탄소복합소재 시트 크로스 멤버'가 2023년 제40주 차 IR52장영실상 수상 제품으로 선정됐다.

시트 크로스 멤버는 차량 시트 바닥 부분을 가로질러 접합되는 자동차 하부 구성 부품 중 하나다. 전기차 배터리 케이스가 흔들리지 않게 지지하며 측면 충돌이 발생하면 승객을 보호하는 역할을 한다. 전기차 보급 확대와 함께 업계에서는 시트 크로스 멤버 경량화를 위한 신소재 개발 필요성이 요구돼 왔다. 무게를 줄여 전기차 운영 효율을 높이기 위해서다.

그간 경량화를 위해 기존 금속재 대신 탄소섬유 복합재료를 사용하려는 시도들이 이어져 왔다. 그러나 대부분 적용 효과 대비 높은 부품 가격과 품질 관리 어려움 등으로 양산이 쉽지 않았다. 시트 크로스 멤버 역시 같은 문제를 겪었다.

성우하이텍과 신성소재, 현대차 공동 연구팀은 탄소섬유 복합재료를 활용한 시트 크로스 멤버 양산에 '인발 공정'을 적용했다. 인발 공정은 열을 가해 큰 구조체를 말랑하게 만든 후 빠른 속도로 당겨 복잡한 구조체를 뽑아낸다. 연속으로 많은 복합재료를 생산케 해 대량 생산에 유리하다.

박상윤 현대차 경량소재연구팀 책임연구원은 "인발 공정은 디자인 자유도 측면에서 타 공정 대비 불리하나 소재비나 금형비, 생산 속도 측면에서 효율성이 높다"고 설명했다. 실제 BMW i3나 i8 프레스 성형공법 등 기존 해외에서 적용 중인 공정 대비 효율성이 상대적으로 높다는 분석이다. 기존 복합재료 대량 생산 공법 대비 생산성과 제조 원가 측면에서 상대적으로 유리한 것으로 나타났다.

인발 공정은 보통 건축 공법으로 많이 쓰여 왔다. 연구팀이 탄소섬유 복합재료 생산에 새로 적용한 것이다. 기술 업그레이드도 거쳤다. 인발 공정에 별도의 수지 주입기를 적용했다. 수지 주입기는 고분자 수지를 주입하는 기계로, 고분자를 주입하면 복합재료의 강도를 더 높일 수 있다.

연구팀은 "시트 크로스 멤버는 자동차 안전성에 직접적으로 영향을 미치는 부품이기에 설계 신뢰성 확보뿐 아니라 소재와 공정 편차에 따른 데이터들을 기반으로 품질 관리에 공을 들였다"며 "범퍼 빔과 같은 자동차 부품에도 인발 공정을 확대 적용할 계획"이라고 밝혔다.

주최 : 과학기술정보통신부

주관 : 매일경제신문사 한국산업기술진흥협회

[고재원 기자]