MuCell 미세 기포 발포 기술: 경량화 및 지속 가능한 제조를 위한 최적의 솔루션

MuCell 기술은 자동차, 전자, 의료, 스포츠 용품, 친환경 제조 등 다양한 산업 분야에 널리 적용되고 있습니다. 경량화 및 탄소 배출량 감축이라는 추세가 가속화됨에 따라, MuCell 기술은 지속 가능하고 효율적인 제조에 있어 획기적인 발전을 가져왔습니다. 특히 운송 및 자전거 산업에서 MuCell은 플라스틱 사용량을 줄이면서 제품의 강도와 내구성을 향상시키는 경량화 솔루션을 제공하여 탄소 발자국을 더욱 줄이는 데 기여하고 있습니다.

MuCell 기술 개요

뮤셀(MuCell, 미세 기포 사출 성형) 기술은 1980년대 매사추세츠 공과대학(MIT)의 남피 서(Nam P. Suh) 교수 연구팀에 의해 개발되었고, 1990년대에 상용화되었습니다. 뮤셀 기술의 핵심은 초임계 유체(SCF) 기술을 이용하여 용융된 플라스틱에 이산화탄소(CO₂) 또는 질소(N₂)를 주입함으로써 균일한 미세 기포 구조를 형성하는 것입니다. 이 공정은 재료 소모를 줄이고, 제품 무게를 낮추며, 제품 성능과 공정 효율을 모두 향상시킵니다.

MuCell 기술의 개발 역사

1980년대 – 개념 형성 및 초기 연구

• • MIT 연구팀은 용융된 고분자에 이산화탄소(CO₂) 또는 질소(N₂)를 물리적 발포제로 주입하여 균일한 미세 기공 구조를 형성하는 초임계 유체(SCF) 공정을 개발했습니다.
  • 초기 목표는 치수 안정성 및 뒤틀림 제어와 같은 기계적 특성을 향상시키면서 재료 사용량을 줄이는 것이었습니다.

1990년대 – 산업 응용 및 특허 개발

• • MIT의 연구 성과는 MuCell 기술의 상용화로 이어졌고, 이 기술을 홍보하고 전용 장비를 개발하는 데 주력하는 Trexel, Inc.의 설립을 촉진했습니다.
  • 트렉셀은 뮤셀 기술을 자동차, 전자제품, 의료기기 등의 분야에 적용하기 시작했으며, 가스 제어 시스템, 금형 설계, 사출 성형 공정 최적화 등을 포괄하는 다수의 특허를 획득했습니다.

2000년대 이후 – 글로벌 확장 및 기술 최적화

• • 기술이 발전함에 따라 MuCell은 유럽과 아시아 시장에서 인정을 받았습니다. 자동차 경량화(연료 소비 감소) 및 지속 가능한 에너지(플라스틱 사용량 감소)에 대한 수요에 힘입어 많은 기업들이 이 솔루션을 채택했습니다.
  • 다양한 응용 분야의 요구 사항을 충족하기 위해 MuCell 기술은 다음과 같은 기능을 포함하도록 더욱 발전했습니다.
    • 고정밀 발포 제어 (3C 제품 및 정밀 제조용)
    • 하이브리드 발포 기술(강성 및 기계적 강도 향상용)

최근 몇 년간의 동향 – 스마트 제조 및 지속가능성

• • • MuCell 기술은 스마트 제조(예: 인더스트리 4.0)에 통합되어 데이터 모니터링 및 자동화를 통해 공정 안정성을 향상시킵니다.
    • MuCell의 개발은 더 이상 플라스틱 사용량 감소 및 부품 강성 유지에만 국한되지 않습니다. 초경량 고탄성 신발 밑창, 소음 감소, 단열, 보냉 기능을 갖춘 산업 제품, 생체 모방 의료 기기 등 새로운 응용 분야가 등장하고 있습니다.
    • 많은 기업들이 지속가능성을 더욱 향상시키기 위해 MuCell 기술을 재활용 가능한 플라스틱과 결합하고 있습니다. 예를 들어, 탄소 발자국을 줄이기 위해 바이오 기반 또는 재활용 소재를 사용하는 것입니다.

그림: 신발 중창에 적용된 MuCell

아시아 사출 성형 장비 제조 분야의 선구자인 FCS(푸춘신)는 2015년부터 MuCell 미세 기포 발포 기술을 개발 및 통합하는 데 앞장서 왔습니다. 자체 개발한 장비와 글로벌 서비스 네트워크를 통해 FCS는 고객들이 경량화 및 탄소 배출량 감축에서 탁월한 성과를 달성하도록 지원했을 뿐만 아니라, 자동차, 포장, 가전제품, 스포츠 용품 등 다양한 산업 분야로 이 기술의 적용 범위를 점차 확대해 왔습니다.

MuCell 성형 공정

기존 사출 성형 방식과 비교하여 MuCell은 초임계 유체를 주입하는 추가 단계를 거칩니다. 자세한 단계는 다음과 같습니다.

• • 1단계: 플라스틱 용융 – PP, ABS, PC와 같은 열가소성 수지는 사출 성형기 내부에서 용융되어 뜨겁고 점성이 있는 용융물을 형성합니다.
  • 2단계: SCF 주입 – 고압 하에서 소량의 CO₂ 또는 N₂를 배럴에 주입하여 용융물을 가스로 고르게 포화시킵니다.
  • 3단계: 사출 성형 – 가스가 포화된 용융물을 금형에 주입합니다. 압력 강하로 인해 가스가 팽창하여 미세 기포를 형성함으로써 더 가볍고 균일한 내부 구조를 갖게 됩니다.
  • 4단계: 냉각 및 사출 – 냉각 및 경화 후, 미세 기포 구조가 안정적으로 유지되어 가볍고 강도가 높은 발포 플라스틱 부품이 생성됩니다.

MuCell의 환경 및 에너지 절약 효과

MuCell(미세 기포 사출 성형) 기술은 재료 절감, 에너지 사용량 감소, 생산성 향상, 경량 설계 및 재활용 재료 사용을 통해 에너지 소비와 탄소 배출량을 크게 줄여 기업의 지속가능성 및 탄소 중립 목표를 달성합니다.

재료 절감 → 플라스틱 제조 과정에서 발생하는 탄소 배출량 감소

• • 기존 사출 성형 방식은 많은 양의 신규 플라스틱을 필요로 하는 반면, MuCell은 미세 기포 발포를 통해 플라스틱 사용량을 10~20% 줄일 수 있습니다.
  • 플라스틱 제조로 인한 탄소 배출량:
    • 순수 PP, ABS 및 PC는 생산 1kg당 2.5~6kg의 CO₂를 배출합니다.
    • MuCell은 재료를 5~20% 절감하여 플라스틱 1톤당 125~1,200kg의 CO₂ 배출량을 줄이는 효과를 가져옵니다.
  • 예를 들어, 연간 1,000톤의 플라스틱을 사용하는 공장은 MuCell을 사용함으로써 200톤을 절약할 수 있으며, 이는 250~1,200톤의 CO₂ 배출량 감소로 이어집니다. 이러한 효과는 11,000~55,000그루의 나무를 심는 것과 같은 효과이며, 나무 한 그루는 연간 약 22kg의 CO₂를 흡수합니다.

사출 압력 및 기계 동력 사용량 감소 → 제조 과정 중 탄소 배출량 감소

• • 전통적인 사출 성형 방식과 MuCell 방식 비교:
    • 기존 성형 방식은 고압의 금형 충전을 필요로 합니다. MuCell은 충전 압력을 30%~50% 낮춰 사출 성형기의 에너지 사용량을 10%~40% 절감합니다.
    • 사출 성형기는 공장 전체 에너지 사용량의 약 60%를 차지합니다. 발전으로 인한 CO₂ 배출량은 에너지원에 따라 다르지만 평균 약 0.5kg/kWh입니다.
  • 예시: 연간 1천만 kWh의 에너지를 사용하는 발전소가 MuCell을 통해 20%의 에너지를 절약하면 약 1,000톤의 CO₂ 배출량을 줄일 수 있는데, 이는 나무 91,000그루가 흡수하는 CO₂ 양과 같습니다.

사이클 시간 단축 → 생산성 향상 및 탄소 배출량 추가 감축

• • MuCell은 냉각 및 포장 시간을 15%~50% 단축하여 다음과 같은 효과를 가져옵니다.
    • 단위 시간당 생산량 증가 - 동일한 에너지 투입으로 더 많은 부품을 생산하여 부품당 배출량을 줄입니다.
    • 기계의 유휴 시간이나 대기 시간을 줄여 에너지 낭비를 최소화합니다.
  • 기계 생산성이 20% 증가한다고 가정하면, 동일한 생산량을 달성하는 데 필요한 에너지는 20% 감소하므로 이산화탄소 배출량도 그에 따라 줄어듭니다.

제품 중량 감소 → 운송 중 탄소 배출량 감소

• • 자동차 산업 적용 분야
    • MuCell은 자동차 내부 부품(예: 대시보드, 시트 프레임, 도어 패널)의 무게를 10%~30%까지 줄일 수 있습니다.
    • 차량 무게가 100kg 감소할 때마다 내연기관 차량의 CO₂ 배출량은 킬로미터당 약 8~10g 감소하며, 전기차의 에너지 소비량 또한 줄어듭니다.
    • 차량 무게를 5%~20% 줄이면, 이를 10만 대의 차량에 적용할 경우 연간 250~1,000톤의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있으며, 이는 22,500~90,000그루의 나무를 심는 것과 같은 효과입니다.
  • 전자제품 및 포장재
    • 플라스틱 케이스와 포장재의 무게를 줄이면 운송 중 연료 소비를 줄여 온실가스 배출량을 낮추는 데 도움이 됩니다.

자동차 공기 덕트 패널

자동차 헤드램프 하우징

AI 로봇 쉘

재활용 플라스틱( PCR) 결합 → 탄소 발자국 추가 감소

• • 새 플라스틱과 재활용 플라스틱의 탄소 배출량 비교
    • 신규 플라스틱(PP, ABS, PC)은 생산 1kg당 2.5~6kg의 CO₂를 발생시킵니다.
    • 재활용 플라스틱(PCR)은 kg당 1~2kg의 CO₂를 배출하는데, 이는 새 플라스틱보다 50~80% 낮은 수치입니다.
  • MuCell이 플라스틱 사용량을 30% 줄이고 PCR을 50% 결합한다면 다음과 같습니다.
    • 플라스틱 1,000톤에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 5,000톤에서 1,500톤으로 줄일 수 있는데, 이는 70% 감소에 해당합니다.
    • 이는 나무 31만 8천 그루(나무 한 그루당 연간 22kg의 CO₂를 흡수)가 흡수하는 CO₂ 양과 같습니다.
    • MuCell은 또한 다음과 같은 방법으로 재활용 플라스틱 사용을 확대합니다.
      • 재활용 소재의 강성 손실을 보완하기 위해 기계적 강도를 향상시킵니다.
      • 사출 온도와 압력을 낮춰 열 분해를 줄이고 가공성을 향상시킵니다.

MuCell은 신규 플라스틱 사용량을 줄일 뿐만 아니라 재활용 소재의 활용도를 높여 지속 가능한 플라스틱의 잠재력을 확대합니다.

MuCell 기술의 전반적인 탄소 저감 효과

예를 들어, FCS는 2015년 MuCell 기술을 처음 도입한 이후 LM 2플레이트, FA 유압식, SA 외향 토글식, CT-e 완전 전기식, FB 다성분 2색 인쇄기 등 여러 시리즈에 걸쳐 시스템 통합을 성공적으로 적용하고 검증해 왔습니다. 현재까지 30대 이상의 MuCell 시스템이 납품되었습니다. 이 장비들은 반도체, 자동차 및 오토바이 부품, 소비재, 스포츠 신발 등의 분야에서 활용되어 원자재 및 에너지 소비를 10~20% 절감하는 동시에 생산 주기를 크게 단축시켜 고객이 생산 능력 향상, 비용 효율성 증대, ESG(환경, 사회, 거버넌스) 기반 탄소 배출량 감축이라는 세 가지 이점을 동시에 누릴 수 있도록 지원합니다.

모빌리티 및 자전거 산업 분야에서 MuCell 기술의 적용 사례

MuCell 기술은 경량화, 강도 향상 및 생산 에너지 소비 감소 에 중점을 두고 자전거, 전기 스쿠터, 오토바이 및 스포츠 용품 에 널리 적용될 것으로 예상되며, 탄소 배출량 감소와 지속 가능성을 지원합니다.

MuCell을 자전거 산업에 적용하는 것. 목표: 탄소 섬유 및 알루미늄 부품에 사용되는 플라스틱 지지 구조물의 무게를 줄여 전반적인 에너지 효율을 향상시키는 것.

MuCell 기술이 자전거 부품에 적용되었습니다.

• • 자전거 프레임 내부 플라스틱 보강재 → 5%~10% 무게 감소 예상
  • 자전거 라이트 및 전기 보조 시스템용 플라스틱 하우징 → 플라스틱 사용량 약 25% 절감 예상
  • 안장과 핸들바용 발포 플라스틱 부품 → 무게는 약 15% 가볍고 강성은 향상됨

에너지 및 탄소 감축 성과:

• • 자전거 한 대당 300~500g의 CO₂ 배출량 감소 효과가 있을 것으로 예상됩니다.
  • 연간 자전거 50만 대 생산은 1만 5천~2만 5천 톤의 이산화탄소 배출량 감소에 해당하며, 이는 나무 136만 그루를 심는 것과 같은 효과입니다.

MuCell + 재활용 플라스틱 = 최적의 친환경 제조 솔루션

MuCell 기술과 재활용 플라스틱(PCR)을 결합하면 경량화뿐만 아니라 환경적 이점도 향상됩니다. 탄소 배출량 감소, 원자재 폐기물 감소, 더욱 지속 가능한 생산 공정 구현 등이 가능해집니다. 이러한 조합은 모든 산업 분야에서 최상의 친환경 솔루션을 제공합니다. 주요 이점은 다음과 같습니다.

• 신규 플라스틱 사용량 감소
• 탄소 배출량 감소
• 지속가능한 제조업 지원
• 비용 절감

MuCell과 재활용 플라스틱을 결합하면 경량화, 원자재 절감, 탄소 배출량 대폭 감소, 에너지 사용량 감소 및 플라스틱 폐기물 감소가 가능합니다.

• 플라스틱 1톤을 절약할 때마다 1,250~2,000kg의 CO₂ 배출량이 감소하는데, 이는 113,000~181,000그루의 나무를 심는 것과 같은 효과입니다.
• 이러한 친환경 제조 방식은 기업이 탄소 중립 목표를 달성하고 지속 가능한 개발로의 전환을 촉진하는 데 도움이 됩니다.

MuCell 기술과 재활용 플라스틱의 결합은 지속가능성, 탄소 배출량 감축 및 경쟁력 있는 제조를 위한 최적의 전략입니다!

FCS는 앞으로도 "스마트 × 그린 × 데이터"라는 핵심 전략을 지속적으로 추진하여, MuCell 미세 기포 발포 기술과 자사의 iMF 4.0 스마트 팩토리 시스템을 통합함으로써 저탄소 제조 및 순환 경제 솔루션을 발전시켜 나갈 것입니다. 이는 고객 경쟁력 강화는 물론, 지속가능성에 대한 당사의 약속을 이행하는 중요한 발걸음이 될 것이라고 믿습니다.

📌 추가 자료

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