자동차 공학에서 플라스틱의 역사

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플라스틱은 가볍고 가격이 저렴하기 때문에 자동차 공학에서 널리 사용되는 소재입니다. 금속에 비해 낮은 강도는 고성능 폴리머를 사용하거나 플라스틱과 유리 또는 탄소 섬유를 결합하여 보완할 수 있습니다. 부품은 사출 성형을 사용하여 제조됩니다.

플라스틱은 자동차보다 더 오랫동안 존재해 왔습니다. Parkesine이라고 불리는 최초의 열가소성 물질은 Alexander Parkes가 1862년 런던에서 열린 세계 전시회에서 선보였습니다. 이는 천연 기반으로 더욱 개발된 질산셀룰로오스로 상아를 대체할 목적으로 만들어졌습니다. 20여년이 지난 1886년, 칼 벤츠(Carl Benz)는 최초의 자동차인 Benz Patent-Motorwagen Nummer 1(특허 자동차 No. 1)을 선보였습니다. 그것은 나무와 금속으로 만들어졌습니다.

철강이 대량 배급되던 2차 세계대전 중에 플라스틱이 마침내 수용되었습니다. 1941년에 헨리 포드(Henry Ford)는 완전히 플라스틱으로 자동차를 만들려고 했습니다. 연속 생산에 도달하는 데 10년이 더 걸렸습니다. 1951년 포드 모델 T가 생산된 이후 전 세계 자동차에서 플라스틱이 발견되었습니다.

금속 외에도 플라스틱은 자동차에 널리 사용되는 재료입니다. 플라스틱은 더 가벼워서 자동차의 전체 무게가 줄어들고 그에 따라 연료 소비도 줄어듭니다. 또한 금속보다 가격이 저렴하고 내식성이 뛰어납니다. 사출 성형 공정을 통해 단일 생산 주기에서 복잡한 형상을 생산할 수 있습니다.

그러나 플라스틱은 금속에 비해 기계적, 화학적, 열역학적 강도가 낮다는 큰 단점이 있습니다. 이 강도를 높이기 위해 다양한 옵션을 사용할 수 있습니다. 요즘에는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)과 같은 수많은 기술적 고성능 폴리머가 있습니다. PEEK는 내열성과 내화학성이 높기 때문에 씰, 밸브 또는 전기 부품에 적합합니다.

강도를 높이는 또 다른 방법은 플라스틱을 더 나은 기계적 특성을 가진 재료와 결합하는 것입니다. 충전재의 부피 비율이 최대 85%에 도달하면 이를 고충진 플라스틱이라고 합니다. 충전재가 섬유로 구성된 경우 폴리머를 섬유 강화라고 합니다. 섬유 길이가 수 밀리미터인 경우 복합재를 장섬유 강화 열가소성 수지(LFRT)라고 합니다. 일반적인 긴 필러 섬유는 유리 또는 탄소 섬유입니다.

자동차 인테리어에 널리 사용되는 플라스틱은 폴리카보네이트(PC)입니다. PC는 투명하여 스위치나 계기판 등에 사용됩니다. 폴리우레탄(PU)은 시트 쿠션, 팔걸이, 도어 패널 등에 자주 사용됩니다. 부드럽고 유연하며 착용감이 좋고 내마모성이 우수하며 다양한 색상과 질감으로 제작이 가능합니다.

폴리프로필렌(PP)에 유리 섬유 비율이 높아 부품의 인성과 강도가 향상됩니다. 대시보드, 도어 패널, 시트 프레임 또는 차체 구성 요소와 같은 내부 응용 분야에 자주 사용됩니다. 탄소 섬유 강화 폴리아미드(PA)는 인장 강도가 높고 온도에 강합니다. 따라서 공기 필터 하우징과 같은 엔진실에 적용하는 데 특히 적합합니다.

직접 공정에서는 충전 섬유가 사출 성형 공정 직전에 플라스틱 용융물에 투입됩니다. 이를 통해 적용 과제에 따라 각 구성 요소에 대해 섬유 길이, 비율 및 재료 조합을 개별적으로 조정할 수 있습니다. 고분자와 섬유를 혼합하는 과정을 컴파운딩(compounding)이라고 합니다. 어려운 부분은 섬유 길이를 유지하는 것입니다. 구성 요소가 생성되기 전에 섬유가 끊어지면 기계적 이점이 손실되기 때문입니다. 모든 폐기물은 내부적으로 과립으로 처리되어 재사용될 수 있습니다. 이를 소비자 이전 재활용이라고 합니다.

* Dennis Kottmann은 Surplex의 마케팅 이사입니다.

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