화섬정보 10.31

Asahi Kasei(旭化成)는 폐기CFRP(탄소섬유강화플라스틱)에서 연속섬유로 탄소섬유를 재활용하는 기술을 개발했음. 독자적인 전해황산법(電解硫酸法)을 통해 매트릭스 수지를 물과 이산화탄소(CO2)로 분해하여 탄소섬유에는 전혀 손상을 주지 않고 회수할 수 있음.

대상수지는 에폭시 수지는 물론, 기타 열경화성수지, 열가소성수지에도 적용이 가능함. 단섬유(単繊維)의 인장강도는 Virgin 섬유와 비교해도 전혀 손색이 없음을 확인함.

현재, 소형탱크로 기술을 확인하고 있으며, 향후 대형탱크로의 실증을 목표로 행하는 동시에 자동화 기술의 개발 등도 추진하여 실용화의 가능성을 추구한다는 방침임. 동사는 UD(일방향강화) Tape 등 탄소섬유의 중간기재도 개발하고 있으며, 여기에 Recycle 탄소섬유를 활용하는 방안도 검토하고 있음.

신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)의 2021년도 「에너지·환경신기술선도연구프로그램」에서 「자동차용 탄소섬유 Circular Economy Program의 연구개발」로 채택되었음. 기간은 이번 분기까지로 CFRP Recycle은 주류인 열분해법(熱分解法)으로는 600℃ 전후에서 수지를 구워내기 때문에 탄소섬유가 손상을 입어 물성이 약간 저하되는 경향이 있음.

질산(초산)이나 황산(유산)을 사용하여 탄소섬유로부터 매트릭스 수지를 분리시키는 방법도 개발되고 있으나, 대응할 수 있는 수지는 선택이 가능함. 또한, 모두 단섬유가 되는 경우가 많아, 수지 컴파운드나 부직포 등으로 용도가 한정되어 있음.

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한편, Asahi Kasei(旭化成)가 개발한 것은 전해황산법(電解硫酸法)이라고 부르는 프로세스임. 황산을 전기분해하여 생성하는 산화성활성종(酸​化性活性種)이 매트릭스 수지를 물과 CO2로 분해하여 섬유의 물성을 해치지 않고, 회수할 수 있는 100~150℃ 정도의 열로 반응시키기 때문에 에너지 소비량도 적음. 사용한 황산은 회수하여, 재사용할 수 있음.

대응할 수 없는 수지는 Composite에 사용되지 않는 불소수지 정도로 사실상 모든 Composite로부터 강화섬유를 연속섬유로서 Recycle할 수 있음.

이미 이와 같은 검증은 앞에서 언급했듯이 소형 CNG 탱크를 통해 프로세스 확인을 끝냄. CFRP 탱크는 통상 최외층에 Glass Fiber의 FRP층이 있는데, 그 Recycle도 가능함. 섬유를 권취하면서 표면층에 있는 수지를 분해해 나가는 방법을 취하기 때문에 Speed에 따라 약간의 차이는 있으나, 잔존수지가 거의 없는 상태가 된다고 함. 공업화를 목표로 장력을 조정하면서 자동으로 Winding하기 위한 개발도 연구 테마가 되고 있음.

동사는 나일론 수지의 용도개척 일환으로 탄소섬유 중간재료도 개발하고 있음.함침성이나 탄소섬유와의 친화성이 뛰어난 특수 나일론을 이용하는 것으로 UD Tape나 부직포 등을 Line Up함. Needs가 있으면 출하 가능한 단계에 있음.

UD Tape는 사출 Insert 성형이나 Winding, Random Chop材의 프레스 성형용 등으로 제안함. Virgin 탄소섬유로 개발한 것이지만, 장래에는 여기에 Recycle 탄소섬유를 활용하는 방안도 시야에 두고 있음.

또한, UD Tape를 가공했을 때 배출되는 단재(端材)를 부직포 재료로 활용하는 방법 등도 제안하고 있어, 최대한 폐재(廃材)를 내지 않고, 다 쓰기 위한 프로세스 제안도 추진해 나간다는 계획임.

UD Tape를 Insert함으로써 종래 Glass Fiber를 강화하던 수지 재료를 비강화로 함으로써 한층 더 경량화로 연결하는 제안 등도 추진하고 있음.K

 < Recycle 탄소섬유와 동 탄소섬유를 사용한 봄베 시제품 >