<소재·부품·장비 양산성능평가지원사업 우수 사례> ⑧㈜신흥

3D 유리섬유 직물 양산화로

車·국방·의료·항공우주 부품 공정 혁신 기여

▲ 경북 구미에 위치한 ㈜신흥은 자동차, 항공, 의료 등 다양한 수요산업에서 요구하는 맞춤형 특수 직물을 생산하는 기업으로, 사진은 신흥의 본사 전경과 생산시설을 담고 있다.

㈜신흥은 탄소섬유, 아라미드, 유리섬유 등 산업용 섬유로 새로운 형태의 제직을 전문적으로 생산하는 기업이다. 특히 자동차, 항공, 의료 등 수요산업에서 요구하는 맞춤형 특수 직물을 생산할 수 있는 복합소재 제직 및 3D 제직 기술을 확보하고 제품 차별화를 강화하고 있다.

이러한 복합소재 및 3D 제직 기술을 바탕으로 ㈜신흥은 ‘소재·부품·장비 양산성능평가지원사업’을 통해 대형 화물 상용차에 장착되는 데크게이트에 사용되는 열경화성 복합소재 대량생산시스템 구축에 도전하게 됐다.

데크게이트는 차량의 트렁크나 적재 공간을 여닫는데 사용되는 장치로 대형 화물 상용차에 필수적인 소모품이다. 국내 대형 화물 상용차 시장은 글로벌 물동량 확대에 따른 화물차 운송 수요 증대와 자동차 부품 수급 문제 해소로 인한 신차 수요 확대로 2023년 2만7천여대에서 2024년 3만대 이상을 회복하면서 데크게이트 수요도 지속 늘어날 전망이다.

데크게이트는 화물의 중량을 견딜 수 있을 정도의 강성이 필요하며 화물의 낙하로 인한 파손 방지를 위해 일정 높이와 두께를 유지해야 한다. 그러나 기존 데크게이트는 대부분 400kg대의 철재·목재 또는 알루미늄으로 제작돼 성인 혼자 개폐가 불가능할 정도로 무거우면서도 내구성이 약한 문제점이 발생했다. 이를 개선하기 위해 CSP(Composite Sandwich Panel)를 적용한 데크게이트가 주목받고 있지만 국내에서는 삼송테크(주)만이 제작하고 있고 해외의 경우도 거의 없는 상황이다.

▲ 대형 화물 상용차용 데크게이트

삼송테크는 PVC form 형태의 코어(Core) 층과 이를 보호하기 위해 유리섬유 직물을 적층한 샌드위치 구조의 CSP 데크케이트를 개발·생산 중이다. 무게가 기존 데크게이트 대비 절반 수준인 220kg에 불과하기 때문에 차량 연비 절감은 물론 고강성 플라스틱이 적용돼 물과 부식도 잘 견뎌 시장에서 호평을 받고 있다. 이에 지난 2021년부터 삼송테크로부터 CSP 데크케이트를 공급받던 ㈜코오롱글로텍은 제품의 우수성을 주목하고 대량 생산을 요청했다.

그러나 CSP 데크게이트는 유리섬유 직물 적층을 모두 수작업으로 해야 하고 반복 작업이 많아 대량생산이 어렵고 작업자의 숙련도에 따라 불량률이 발생할 가능성이 높은 단점이 초래됐다. 2D 구조의 유리섬유 직물 4장을 적층시키는 공정에서 오랜 시간이 소요되고 직물을 공정 사이즈에 맞게 커팅하는 공정이 추가되면서 대량 생산에 어려움을 겪게 됐다.

이에 삼송테크는 CSP 스킨의 무게와 두께를 유지하면서도 데크게이트 생산 공정 간소화 및 공정 시간 단축을 위해 ㈜신흥을 만나 공정개선 방안을 논의하게 됐다.

㈜신흥은 수요기업이 요구하는 대형 화물 상용차용 데크게이트의 대량 수급을 위한 안정화된 생산시스템 확보를 목표로 수요기업과 협력을 통해 시제품 실증과 양산을 검증하는 양산성능평가지원사업을 추진하게 됐다.

복합소재 및 3D 제직 기술 확보, 수요산업 맞춤 특수 직물 전문 생산

대형 화물차 필수품 '데크게이트' 생산 공정 간소화·시간 단축, 생산성↑

■中企 신제품 검증 부담 완화, 신소재·기능성 직물 대량 양산 경쟁력 확보

▲ 양산성능평가지원사업 참여 기관별 개발 진행 방향

양산성능평가지원사업을 통해 ㈜신흥은 3D 형태의 유리섬유 직물을 설계·제작해 공정에 적용하고, 삼송테크는 3D 유리섬유 직물을 적용한 CSP 기반 대면적 INMOLD-RTM 공정을 통해 제작된 데크게이트 시제품 제작 및 성능 평가를 진행했다. 공인시험기관인 한국섬유개발연구원은 데크게이트에 적합한 유리섬유 소재 검토 및 개발 제품의 물성 및 성능평가를 수행하면서 생산 공정을 지속 개선해 나갔다.

㈜신흥은 데크게이트 적층 공정 간소화를 위해 기존 2D 유리섬유 직물 4장을 반복 적층시키는 공정을 3D 형태의 유리섬유 직물 1장을 적용하는 방식으로의 대체할 것을 제안했다. 3D 직물은 경사와 위사로 이루어진 2D 직물을 두께 방향으로 쌓아올린 다층 직물 구조를 갖는 것으로, 복합재에 적용할 경우, 2D 직물 적용대비 우수한 강도와 내충격성을 확보할 수 있으며 제조공정에서 비용 절감이 가능하다.

㈜신흥은 3D 직물 제직용 세폭직기와 이와 제조방법에 대한 특허를 보유하고 있으며, 국방부와 협업을 통해 고속비행체 핵심부품에 적용하는 등 기술력을 확보하고 있다.

삼송테크도 상·하 금형을 구성해 금형이 닫힌 상태에서 수지를 부어 성형을 할 수 있어 대량생산에 용이한 INMOLD-RTM 공정을 개발해 도입했다.

▲ ㈜신흥과 삼송테크의 협업을 통해 총 공정시간이 기존대비 31%나 감소했다.공정 및 소요시간 변화 전후

㈜신흥과 삼송테크의 협업은 공정 시간 단축과 생산성을 크게 향상시켰다. ㈜신흥이 맞춤형으로 제작한 3D 형태의 유리섬유 직물을 INMOLD-RTM 공정에 도입한 결과 커팅 및 4번의 반복 작업이 사라지면서 전면 및 후면 적층에 총 20분이 걸리던 기존 공정시간이 단 2분으로 단축됐다.

또한 전체적으로 데크게이트 제작에 걸리던 시간은 기존대비 31%나 감소했고 불량률이 감소하면서 월간 생산성은 6배나 급증한 것으로 나타났다.

㈜신흥은 이번 양산성능평가지원사업을 통해 개발한 3D 유리섬유 직물 기술이 기존 제품 대비 성능·내구성·효율성 등에서 차별화된 강점을 가지고 있음을 확인했다. 또한 친환경 제조 공정 및 지속 가능성 높은 소재를 개발함으로써 글로벌 제조업에서 선택이 아닌 필수가 되고 있는 ESG(환경·사회·지배구조) 경영에 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

회사는 대량생산을 통한 원가절감을 위해 양산체제 구축을 추진하고 있으며 중장기적으로 국내외 국방, 의료, 항공우주 등 다양한 신규 시장을 개척한다는 계획이다. 이를 위해 CE, UL, ISO 등 해외 인증 획득과 해외 바이어와 협업 확대에 나서는 한편 지속적으로 R&D에 투자할 예정이다.

양산성능평가지원사업은 이처럼 ㈜신흥이 글로벌 혁신 기업으로 도약하겠다는 꿈을 현실화할 수 있는 원동력이 됐다. 중소기업 사정상 신기술·신제품을 자체적으로 대규모로 생산 검증이 어려운 상황에서 양산 테스트 및 시험 생산 비용을 지원받음으로써 도전의 기회를 잡을 수 있게 된 것이다.

특히 지원사업은 참여기관들이 경쟁력 있는 제품 및 공정개발이라는 하나의 목표에 집중할 수 있도록 연계시킴으로써 개발 성공률을 높였다. 시제품을 양산 공정에 적용하는 과정에서 원활한 정보 교류 및 피드백 공유가 이뤄지면서 성능 개선과 보완이 빠르게 진행되면서 연구개발 결과물이 신속한 양산으로 이어지게 된 것이다. 특히 수요기업과 공인시험기관과 협력을 강화하면서 다른 어플리케이션으로 확대 방안을 찾을 수 있게 된 것도 큰 수확이다.

㈜신흥 관계자는 “우리의 최종 목표는 글로벌 시장에서 우수한 기술력은 물론 친환경 공정을 확산함으로써 지속 가능성을 인정받는 글로벌 혁신 기업으로 성장하는 것”이라며 “기업의 경쟁력을 극대화하고 지속적인 성장을 유지하기 위해 스마트 기술, 친환경 전략, 연구개발 투자를 핵심 전략으로 추진하겠다”라고 포부를 밝혔다.

▲ ㈜신흥이 제작한 3D 형태의 유리섬유 직물(左)과 이를 적용해 제작한 데크게이트