가솔린차가 전기자동차(EV)로 바뀌는 움직임이 가속화돼 2025년이라고도 불리는 EV의 본격적인 보급을 위해 각국 자동차 업체들이 개발 경쟁을 벌이고 있다. 그 대변혁을 향해, EV 등을 향한, 다이니혼 인쇄 주식회사(DNP)의 곡면 수지 유리의 개발도 큰 진전을 이루고 있다.
곡면 수지 유리(아래가 반경 30mm의 원호)
DNP가 개발을 다루는 수지 유리는 자동차의 선루프나 리어 윈도우 등에 사용할 수 있으며, 유리 부재와 비교하면 무게는 약 절반이다. “1톤 있는 자동차가 100㎞의 감량을 실시하면, 가솔린 1리터당 주행 거리가 1킬로미터 증가해, 이산화탄소의 배출량이 10% 이상 삭감할 수 있습니다”라고, EV감량화의 중요성을 강조하는 것은, 곡면 수지 유리의 개발을 담당하는 모빌리티 사업부 개발 본부·과장의 마츠오카 마사히로
세계적인 환경 규제 강화를 배경으로 각 자동차 회사는 적극적으로 수지 유리를 채용하는 자세로 DNP에 있어서도 큰 비즈니스 기회가 된다. 그러나, 수지 유리는 「가벼운」 「성형성이 높다」 「내충격성이나 단열성이 우수하다」 등 장점이 많지만, 내후성이나 내구성은 유리보다 뒤떨어진다. 이 단점을 보완하기 위해서는, 수지의 표면을 보호하는 하드 코트의 개발이 포인트가 된다.
DNP는 2018년 1월, 반경 30밀리미터까지 굽힘 가공이 가능하며, 자동차의 만곡한 리어 윈도우 등에 적합한 수지 유리를 개발하고 있다. 이 수지 유리에는, 고경도, 내후성, 내마모성, 내약품성 등의 기능을 구비한 「초내후 하드 코트 전사 필름」(이하, 전사 필름)이 사용되고 있다. 전사 필름은 DNP의 기능성 필름 제조 기술을 기반으로 개발되어 하드 코트 기능을 갖추기 위한 경화 공정에서는 벽재나 바닥재의 제조에도 사용하는 DNP 독자적인 전자선(EB:Electron Beam) 기술이 응용되고 있다. EB 기술에 의해 3차원 가교에 의한 치밀한 경화막이 얻어짐과 함께, 경화제가 불필요해지기 때문에, 재료 설계의 폭이 크게 넓어지는 것이다.
「전사 필름에 의한 하드 코트는, 자동차의 창 용도에서는 현재 온리 원의 기술입니다」라고, 마츠오카가 설명하는 바와 같이, DNP 방식은, 성형과 하드 코트용 필름의 전사를 동시에 실시하는 유일한 것이다(2018년 9월 시점).
같은 기능을 부여하는 경우, 성형한 후에 디핑(도핑)이나 스프레이로 하드 코트 처리하는 것이 일반적인 제조 과정이지만, 거기에는 큰 장치가 필요하고, 제조업의 고민의 하나가 되고 있다. 또, 도포~소부를 2회 실시하는 「2코트 2베이크」라고 하는 일반적인 제조 프로세스에서는, 수지와 실리카가 직접 부착하지 않기 때문에, 우선 수지에 앵커제를 발라 말린 후에 실리카를 바르고, 다시 말린다고 하는 번잡한 작업이 필요하고, 그 부하 경감도 과제가 되고 있다.
「경도」와 「성형성」의 트레이드 오프에 도전한다
하드 코트 재료에, 실리카 등의 무기 재료를 사용하면 구부리는 것이 어려워져, 힘을 가하면 깨지는 경우가 많지만, 아크릴계 수지 등의 유기 재료를 사용하면, 하드 코트의 전사 후에도 성형이 가능해진다. 이 유기 재료의 우위를 더욱 끌어내기 위해서는, 「높은 경도」와 「높은 성형성」의 트레이드 오프의 관계를 해결해야 한다.
"무기 재료의 유리와 같은 경도를 구하면 구부리는 것이 매우 어려워집니다. 수지 유리를 구부리려면 하드 코트에 높은 성형성을 부여해야 합니다."
이 상반 관계를 완화하고 "딱딱하고 구부러지기 쉬운"것을 만들기 위해서는 역시 재료 설계밖에 없다. 그렇게 생각하는 마츠오카가 소속하는 개발 3부 제1그룹에서는, 현재도 날마다 개발을 진행해, 보다 좋은 재료를 찾아내고는, 성형성의 개선을 목표로 하고 있다.
"DNP에서는 다양한 유기재료를 다루고 있습니다. 차별화할 수 있는 강점을 발휘하려면 유기재료로 길러온 기술을 활용하는 것이 필요합니다.
미경험 분야에 던져지는
마츠오카는 고등전문학교에서 전자공학을 배웠다. 입사하고 나서 화학을 맹공부해 왔지만, 2014년 10월 현재 팀에 배속될 때까지 유기화학에 대해서는 한정적인 지식밖에 가지고 있지 않았다. 하지만 배속된 팀은 굴삭기 등의 건조기에 사용하는 수지 유리를 개발하고 있어 유기화학의 폭넓은 지식이 필수이며, 게다가 마츠오카는 과제 해결에 힘들었던 팀의 '트러블 슈터'로 보내진 것이다.
유기화학 관련 경험이 충분하다고는 할 수 없는 마츠오카가 가장 고심한 것은 전사 필름만의 과제 해결이었다. 경도, 내후성, 내구성을 부여하는 기능성 재료가 기판의 필름 상에 겹치는 층의 상부에 모이는 현상이 일어난다. 그 필름을 수지에 전사하면, 적층 구조가 반대가 되기 때문에, 기능성 재료가 표면이 아니라 수지에 가까운 바닥쪽에 모여 버린다. 그러면 충분한 기능을 발휘할 수 없기 때문에 '세상 자연의 섭리와는 반대로' 생각해야 하는 것이다.
마츠오카 등은 다행히 재료와 배합을 궁리함으로써 단기간에 이 과제를 해결할 수 있었다. 「우연히 할 수 있었다」라고 마츠오카는 겸손하지만, 그 수완이 높게 평가되었다. 건설 기계용 수지 유리는 다음 2015년 2월에 상시되었다.
"참고서를 사서 이 분야의 유기화학을 독학으로 배웠지만 화학전공의 선배나 동료, 후배가 중요한 점을 가르쳐 준 것이 컸다"고 마츠오카는 말한다. 취미의 트럼펫 연주나 드라이브에서도 많은 친구가 '멋대로 모여 온다'처럼 직장에서도 상냥한 인품인 마츠오카 주위에 사람이 모인다. 본인은 의식하지 않는 것 같지만, 이 자연 발생적인 인맥이 일 위에서도 플러스가 되어 있는 것 같다.
수지 유리의 추가 응용 전개에
마츠오카의 업무는 개발을 실시하는 팀 멤버의 진척 상황을 관리하는 것이다. 멤버들은 수지유리에 햇빛을 대고 내후성을 조사하는 실폭시험과 내후시험기와의 상관관계를 확인하거나 재료설계의 개선을 목표로 실험을 거듭하는 등 각각 다른 주제가 주어지고 있다. '향수제'와 '새의 대변'에 대한 내구성 등 규격이나 고객기업의 요구 이외의 실험도 멤버들과 아이디어를 섞어 실시하고 있다. 마츠오카는 “주 1회 미팅을 열고 각각의 개발에 있어서 고민을 듣습니다”라고 여기에서도 “트러블 슈터”의 본령을 발휘하고 있다.
팀은 수지 유리의 응용 전개로서 자동차의 엠블럼에 하드 코트 기능의 부여도 시야에 넣고 있다. 엠블럼 내부에는 자동차의 안전장치나 자율주행장치에 필요한 밀리미터파 레이더가 설치되는 경우가 많다. 밀리미터파 레이더는 엠블럼에 요철이 있으면 오작동을 일으키기 때문에 엠블럼은 평탄한 구조로 되어 있다. 이 상황을 고려하여 수년 전부터 엠블럼에도 적용 가능한 하드 코트 전사 필름을 개발하여 특허를 신청하고 있다.
세계 시장을 목표로
해외시장 진출에 대해서는 고객기업의 요망에 따라 ‘하드코트 전사필름만’, ‘하드코트를 한 수지 유리판’, ‘곡면가공을 한 수지 유리’라는 다양한 형태로 수출을 계획하고 있다. 유럽과 중국의 시장을 최초의 타깃으로 삼고, 이미 유럽의 규격은 클리어하고 있다.
중국에는 일본의 JIS에 상당하는 자동차용 유리의 규격은 없지만, 마츠오카는 “규격이 없다고 하는 것은, 조기에 시장 진입하기 쉬워진다고 하는 것입니다.중국 출장시에 호텔의 창으로부터 아래를 오가는 자동차 를 보았습니다만, 많은 차가 선루프를 장착하고 있어 놀랐습니다. 중국에서는, 약 7할의 차가 선루프 첨부라고 듣고 있어, 그것은 DNP의 수지 유리의 타겟입니다」라고, 중국 시장의 매력을 말한다.
그러나 규격이 없다는 것은 여러 칼날의 검이 된다. 예상치 못한 사태가 일어났을 경우의 대처 등에 대해서, 마츠오카는 전문가와도 협의해, 중국 시장 참가의 리스크 헤지를 검토하고 있다.
대중국 수출에서 DNP는 자동차 메이커로부터의 1차 계약인 Tier1※와 자동차의 최종 제품 제조회사인 OEM에 대해 매출을 걸고 있다. OEM으로부터의 수주에서는, 제품의 제조 개시일이 엄격하게 설정되어 있기 때문에, 고객 기업의 요구에 응한 제품의 개발은 시간과의 싸움이 된다. "경도로 해도 성형성으로 해도 고객 기업의 요망 수준은 계속 올라갑니다.
DNP는 각국의 인증을 받는 데 필요한 실험과 절차를 진행하면서 해외 시장에서 실적을 올릴 방침이다. 또 용도도, 유원지의 놀이 도구나 케이블카 등, 자동차나 건설기 이외의 이동체에도 펼쳐 간다.
"궁극적으로는 DNP의 수지 유리가 어떤 형태로도 성형할 수 있도록 하고 싶다. 그 밖에도 높은 내구성이나 자정성, 방오 기능 등의 부가가치를 제공하고 싶습니다. 우리의 일은 끝없는 것입니다"라고 마츠오카는 앞으로의 포부를 말하고 마무리했다.
- Tier1: 1차 계약이라는 의미. 자동차 업계에서는 OEM에 직접 부품을 공급하는 제조업체
- 게시일: 2018년 10월 16일
- 부서명이나 제품의 사양등의 게재 내용은 취재시의 것입니다. 예고 없이 변경될 수 있으니 미리 양해 바랍니다.
2018년 10월 16일 by Discover DNP 편집부