뉴스 - 자동차에 GMT 적용

유리섬유 강화 열가소성 수지(GMT)는 열가소성 수지를 기지재로 하고 유리섬유 매트를 강화 골격으로 하는 혁신적이고 에너지 절약형의 경량 복합 소재입니다. 현재 전 세계적으로 개발이 매우 활발하게 진행되고 있는 복합 소재이며, 21세기의 신소재 중 하나로 여겨지고 있습니다.

GMT는 일반적으로 판재 형태의 반제품을 생산할 수 있으며, 이를 원하는 형상의 완제품으로 직접 가공할 수 있습니다. GMT는 정교한 설계 특징, 뛰어난 충격 저항성, 그리고 손쉬운 조립 및 추가 기능을 갖추고 있습니다. 강도와 경량성이 뛰어나 강철을 대체하고 무게를 줄이는 데 이상적인 구조 부재로 각광받고 있습니다.

1. GMT 소재의 장점

1) 높은 강도: GMT의 강도는 수작업으로 제작된 폴리에스터 FRP 제품과 유사하며, 밀도는 1.01~1.19g/cm³입니다. 이는 열경화성 FRP(1.8~2.0g/cm³)보다 낮기 때문에 비강도가 더 높습니다.

2) 경량 및 에너지 절약: 소재로 만든 자동차 문의 무게는 다음과 같습니다.GMT 자료무게를 26kg에서 15kg으로 줄일 수 있고, 뒷부분의 두께를 줄여 차량 내부 공간을 넓힐 수 있습니다. 에너지 소비량은 철강 제품의 60~80%, 알루미늄 제품의 35~50% 수준입니다.

3) 열경화성 SMC(시트 성형 화합물)와 비교했을 때, GMT 소재는 성형 주기가 짧고, 충격 성능이 우수하며, 재활용성이 좋고, 보관 주기가 길다는 장점이 있습니다.

4) 충격 성능: GMT의 충격 흡수 능력은 SMC보다 2.5~3배 높습니다. SMC, 강철, 알루미늄은 모두 충격 시 찌그러짐이나 균열이 발생했지만, GMT는 손상되지 않았습니다.

5) 높은 강성: GMT는 GF 원단을 사용하여 시속 10마일의 충격에도 형태를 유지할 수 있습니다.

2. 자동차 분야에서의 GMT 소재 적용

GMT 시트는 강도가 높고 경량 부품 제작이 가능합니다. 동시에 설계 자유도가 높고 충격 에너지 흡수력이 뛰어나며 가공성이 우수합니다. 1990년대부터 자동차 산업에서 널리 사용되어 왔으며, 연비, 재활용성, 가공 용이성에 대한 요구가 지속적으로 증가함에 따라 자동차 산업용 GMT 소재 시장은 꾸준히 성장할 것으로 예상됩니다.

현재 GMT 소재는 자동차 산업에서 널리 사용되고 있으며, 주로 시트 프레임, 범퍼, 계기판, 후드, 배터리 브래킷, 페달, 전면부, 바닥, 펜더, 뒷문, 지붕, 수하물 부품(브래킷, 선바이저, 스페어 타이어 랙 등)에 사용됩니다.

1) 좌석 프레임
포드 자동차의 2015년형 머스탱 스포츠카(아래 사진)의 2열 시트 등받이는 1차 협력업체인 콘티넨탈 스트럭처럴 플라스틱이 한화 L&C의 45% 단방향 유리섬유 강화 매트 열가소성 복합재료 금형(GMT)과 센추리 툴 앤 게이지의 압축 성형 기술을 활용하여 설계했습니다. 이 시트 등받이는 수하물 하중 유지와 관련된 매우 까다로운 유럽 안전 규정(ECE)을 성공적으로 충족합니다.

이 부품을 완성하는 데 100회 이상의 유한요소해석(FEA) 반복 작업이 필요했으며, 기존 철골 구조 설계에서 5개의 부품을 제거했습니다. 또한 구조가 더 얇아져 차량당 3.1kg의 무게를 절감할 수 있으며 설치도 더 간편해졌습니다.

2) 후방 충돌 방지 빔
2015년형 현대 신형 투싼(아래 사진 참조)의 후면 충돌 방지 빔은 GMT 소재로 제작되었습니다. 강철 소재에 비해 무게가 가볍고 충격 흡수 성능이 뛰어납니다. 또한 차량 무게를 줄이고 연비를 개선하면서도 안전성을 확보합니다.

3) 프런트엔드 모듈
메르세데스-벤츠는 고급 쿠페인 S클래스(아래 사진 참조)의 전면 모듈 요소로 쿼드런트 플라스틱 컴포짓(Quadrant Plastic Composites)의 GMTex™ 직물 강화 열가소성 복합재를 선택했습니다.

4) 차체 하부 보호 패널
쿼드런트 플라스틱 컴포지츠는 메르세데스 오프로드 스페셜 에디션의 차체 하부 후드 보호용으로 고성능 GMTex™ 소재를 사용합니다.

5) 테일게이트 프레임
GMT 테일게이트 구조는 기능 통합 및 경량화라는 일반적인 장점 외에도, 강철이나 알루미늄으로는 불가능했던 다양한 형태의 제품 구현이 가능합니다. 닛산 무라노, 인피니티 FX45 등 다양한 모델에 적용되었습니다.

6) 대시보드 프레임워크
GMT는 볼보 S40 및 V50, 마쓰다, 포드 C-Max 등 포드 그룹의 여러 모델에 사용되는 새로운 개념의 대시보드 프레임을 제조합니다. 이 복합 소재는 다양한 기능 통합을 가능하게 하며, 특히 얇은 강관 형태의 차량 가로 부재를 성형 과정에 통합함으로써 더욱 효과적입니다. 기존 방식에 비해 비용 증가 없이 무게를 크게 줄일 수 있습니다.