프로젝트 소개
본 과제는 자동차의 조향 및 구동계 부품에 사용될, 열에 강하고 잘 닳지 않는 특성을 지닌 엔지니어링 플라스틱 복합소재를 개발하는 연구임. 특히, 탄소가 아닌 나노소재를 활용하여 기존 소재보다 성능이 뛰어나면서도 친환경적이고 경제적인 부품을 만드는 것이 목표임.
연구 목표는 비탄소계 나노소재 기반 고내열, 내마모성 엔지니어링 플라스틱 복합소재를 이용한 조향 및 구동계 부품 개발임. 내마모성 나노입자의 형상 및 입도 제어를 통해 성능을 극대화하고, scale-up 제조 공정 최적화로 경제성을 확보하는 것임. 또한, 나노입자와 고분자 수지 간 상용성 확보를 위한 필러 표면에 반응기 도입 및 나노입자 분산 컴파운딩 기술력 재고를 통해 경쟁력을 확보함. 기존 고가 소재를 저가의 나노복합소재로 대체하여 원가 절감 및 Oil-free 친환경 고분자 나노복합소재 제조를 지향함. 제품 디자인 최적화를 위한 CAE 해석 및 금형 제작도 포함됨.
핵심 연구 내용은 티탄산칼륨 나노 분말의 구조 및 형상 제어를 통한 내마모성, 내열성 확보와 제조법 최적화임. MoS2, WS2 나노 필러 표면에 반응기를 도입하여 표면개질 조건을 최적화하고, 나노복합소재 컴파운딩 공정을 확립하여 분산성을 확보함. 나노복합소재 기반의 Worm Wheel, 벨트 텐셔너 부품을 제조하고 신뢰성을 확보하며, 금형설계 및 사출성형 조건 최적화를 수행함. 최종적으로 MS, ES SPEC 기준의 신뢰성 평가 및 실차 기반 부품성능 평가를 통해 실증함.
기대 효과는 티탄산칼륨 나노입자, MoS2, WS2에 대한 표면처리 최적화 기술 확보로 나노필러 제조부터 표면 개질 공정까지 일체화 기술 확보임. 고내구성, 고강도, 고내열, 내마모 특성의 나노복합소재 scale-up 공정기술 확보 및 양산설비 적용 가능성을 높임. EPB, EPS, 오토텐셔너용 풀리/부싱 부품에 적합한 나노복합소재 압출공정을 확보하고, EPS 및 오토텐셔너 부품의 차량 적용성 평가를 통한 신뢰성을 확보하여 자동차, 항공기, 기계 부품 분야에 확대 적용될 것으로 전망됨.