플래스틱은 자동차용 수요가 증가하고 있다.
자동차 시장을 둘러싼 환경이 크게 변화함에 따라 부품·시스템 뿐만 아니라 주변부품도 경량화 요구가 높아지고 있기 때문이다.
자동차는 지구온난화 등의 영향으로 이산화탄소(CO2) 배출량 감축이 선결 과제로 자리 잡고 있다.
또 원료로 사용하는 석유는 고갈자원이어서 소비량 감축이 요구되고 있으며, 셰일(Shale) 오일·가스의 시장화, 국제유가 등락, 원자력발전 문제 등의 영향으로 재생 가능한 자연에너지 개발을 포함한 에너지 안보가 국가적 명제로 부상하고 있다.
이에 따라 EV(Electric Vehicle), HEV(Hybrid EV), PHEV(Plug-in HEV), FCEV(Fuel Cell EV) 등 차세대 자동차 보급이 본격화되면서 자동차 경량화 요구가 높아지고 있다.
플래스틱은 경량화를 통해 연비를 개선할 수 있어 엔진룸 내부, 연료계, 전장, 안전대책 부품에 적극 채용되고 있는 가운데 기능부품, 유리창, 외판 부품에도 적용이 확대될 것으로 예상되고 있다.

자동차, CO2 배출량 감축 의무화
플래스틱은 가벼우면서도 가공이 용이해 자동차 부품용으로 채용이 확대되고 있다.
특히, PP(Polypropylene)가 가장 많이 채용되고 있으며 PA (Polyamide), PBT(Polybutylene Terephthalate), PC (Polycarbonate) 등 EP(Engineering Plastic) 뿐만 아니라 PPS(Polyphenylene Sulfide), LCP(Liquid Crystal Polymer) 등 슈퍼 EP, SMC(Sheet Molding Compound), BMC(Bulk Molding Compound), PF(Phenolic Foam) 등 열경화성 수지도 채용이 점차 증가하고 있다.
차세대 자동차는 성능 및 탑승자의 쾌적성과 안전성, 코스트다운, 해외생산, 소재 수입 등 경제 관련 측면이 가장 중요시됐으나 최근에는 지구환경 보호, 자동운전 시스템 탑재에 따른 안전성 향상, 신규 에너지원 및 동력원에 대한 대응, 자원 문제가 선결 과제로 부상하고 있다.
환경 문제는 기후 변화의 영향에 따라 전지구적 위험이 점차 심각해짐에 따라 자동차도 대응이 불가피해지고 있다.
IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)는 1880-2012년 세계 평균기온이 0.85℃ 상승한 것으로 발표했으며 2016-2035년 1986-2005년과 비교해 0.3-0.7℃ 상승할 것으로 예상하고 있다.
지구온난화 현상은 CO2를 비롯한 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6) 등 온실가스가 원인으로 온실효과가 가장 높은 CO2의 배출량 감축이 요구되고 있다.
일본은 CO2 배출량 가운데 운수 부문이 18%를 차지하고 자동차가 90%에 달해 CO2 배출량 감축을 가속화해야 할 것이 요구되고 있다.
유럽연합(EU)은 CO2 배출량을 매우 엄격하게 규제하고 있다.
EU는 1990년대 중반 CO2 배출량이 km당 190g에 달했으나 2015년 120g이하, 2021년 95g 이하로 감축할 것을 의무화했다.

EV, 2020년대 중반 이후 보급 본격화
일본은 2013년 HEV 신차 판매량이 전체 승용차의 22%를 차지함에 따라 자동차 시장에서 HEV가 확고한 점유율을 확립하고 있다.
반면, EV 판매량은 전체 승용차의 0.4%에 불과해 성능 및 가격 측면에서 보완이 요구되고 있다.
일본 자동차 시장은 2030년 무렵까지 HEV, PHEV의 점유율이 계속 높아질 것으로 전망되고 있다.
EV는 2020년대 중반 이후 보급이 본격화될 것으로 예상되고 있다.
내연기관 자동차는 고갈자원인 석유에만 의존하는 반면 EV는 전기를 연료로 사용해 다양한 1차 에너지를 활용할 수 있으며 에너지 변환효율이 높은 장점이 있다.
에너지 변환효율은 내연기관 차량이 10%, EV가 20% 수준으로 나타나고 있다.
또 EV는 CO2 배출량이 적고 배출장소가 발전소로 한정됨에 따라 장기적으로 CO2 베이스 화학제품도 쉽게 생산할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
그러나 2차전지, 인버터, 모터, 고압 케이블 등 파워일렉트로닉스(Power Electronics) 부품은 무겁고 LiB 용량이 적어 항속거리가 짧으며 LiB의 신뢰성, 수명이 보장되지 않을 뿐만 아니라 가격이 비싼 단점이 있다.
이에 따라 EV는 아직까지 근거리 주행에 적합하고 보급을 확대하기 위해서는 고밀도 에너지, 고신뢰성, 장수명, 경량, 저코스트 요구를 충족시키는 포스트 LiB 개발이 필수적인 것으로 판단되고 있다.
FCEV는 에너지 변환효율이 높은 강점을 토대로 개발이 활발해지고 있으나 실용화까지는 상당시간이 소요될 것으로 예상되고 있다.

플래스틱, 경량화 소재로 채용 확대
차세대 자동차는 중량이 큰 파워일렉트로닉스 시스템을 탑재함에 따라 경량화 효과가 뛰어난 플래스틱이 알루미늄, 마그네슘 등 경금속, 고장력 강판과 함께 주목받고 있다.
최근에는 일부 차종의 백도어 패널(PP 및 PP-LGF), 펜더(PA+PPE)에 플래스틱 얼로이(Alloy)가 채용되고 있으며, 플래스틱 베이스 부품 코스트가 자동차기업이 수용할 수 있는 수준으로 안정화돼 채용이 확대되고 있다.
또 프런트 사이드 멤버(Front Side Member), 플로어 패널과 같은 구조부품에 GFR(T)P, CFR(T)P를 적용하는 기술이 개발되고 있으며 BMW는 실제로 자동차 골격에 CFRP(탄소섬유강화수지)를 채용한 EV 「i3」를 출시했다.
다만, 구조부품용 플래스틱은 고에너지 흡수능력을 위한 섬유배향, 이방성 완화를 위한 적층, 긴 택트타임(Tact Time)을 보완하기 위한 CFRTP 개발, 코스트 감축 등이 요구되고 있다.

전자부품용 요구 성능 밸런스 뛰어나…
자동차는 전기자동차가 부상하고 전자제어 시스템 채용이 확대됨에 따라 전자부품 탑재량이 급증하고 있다.
이에 따라 PA, PBT, 방향족 나일론(Aromatic Nylon), SPS(Syndiotactic Polystyrene), PPS, LCP 등 플래스틱 채용이 확대되고 있다.
전자부품은 전기절연성 등이 뛰어난 전기특성, 내열성, 내가수분해성, 가솔린·경유·엔진오일 등에 대한 내유성, 질소산화물(NOx) 및 오존(O3), 에어컨용 냉매, 냉각수, 배터리액 등에 대한 내약품성, 오수·자갈·돌 및 제설제로 사용되는 소금(NaCl), 염화칼슘(CaCl2) 등 외부환경에 영향을 받지 않을 것이 요구되고 있다.
플래스틱은 전자부품에 요구되는 성능이 뛰어날 뿐만 아니라 Snap-fit, 접착성, 봉지성 등 작업성, 성형성이 뛰어나고 모듈화에 대한 대응이 쉬우며 가볍고 코스트가 낮아 전기·전자부품용 채용이 증가하고 있다.
전자부품 가운데 커넥터, 릴레이박스, 스위치, 센서하우징, ECU(Electronic Control Unit) 하우징 등에 플래스틱이 사용되고 있으며, 특히 요구성능 밸런스가 뛰어난 PBT-GF가 가장 많이 채용되고 있다.
내열성, 내구성이 요구되는 부품에는 방향족 나일론-GF, PPS-GF, SPS-GF, LCP 등 슈퍼 EP도 적용되고 있다.
신규 동력원으로 전기에너지를 적극 도입하고 있는 차세대 자동차는 모두 중량이 큰 파워일렉트로닉스 부품을 탑재해야 하기 때문에 케이스, 하우징, 절연피복재 등에 가벼운 플래스틱 채용이 증가할 것으로 예상되고 있다.
특히, 파워일렉트로닉스는 발열 가능성이 높은 부품이 많아 회로 소자의 열 열화를 방지하기 위해 열전도성, 전기절연성이 뛰어난 플래스틱에 대한 요구가 높아지고 있다.

안전부품·유리창도 플래스틱화 기대
에어백, 안전벨트, 측면충돌 대응부품 등 안전부품에는 내충격성, 장기 내구성, 신뢰성이 뛰어난 EP가 합성섬유와 함께 채용되고 있다.
앞으로는 보행자 보호를 위해 에너지 흡수성이 뛰어난 플래스틱 베이스 외장·외판부품이 채용될 것으로 예상되고 있다.
유리창도 경량화, 모듈화, 열 관리를 위해 플래스틱화가 기대되고 있다.
도요타(Toyota)는 2011년 출시한 「Prius α」의 파노라마루프에 PC를 채용함으로써 창 중량을 20kg에서 12kg으로 40% 경량화에 성공했다.
앞면, 측면, 뒷면 창은 안전성 관점에서 플래스틱 적용이 아직 허가되지 않고 있으며 하드코팅, 장기 내구성 및 광학특성 향상, 코스트다운이 요구되고 있다.
아울러 자동차용 플래스틱은 고갈자원 확보 및 지구온난화 대응 관점에서 원료가 석유에서 식물로 전환될 가능성이 높아지고 있으며 이미 PLA(Polylactic Acid)계 조성물이 일부 내장부품에 채용되기 시작한 것으로 알려졌다.
식물 베이스 플래스틱은 성능이 더욱 향상됨에 따라 고성능·고기능 부품에 채용이 확대될 것으로 예상되고 있다.
다만, 식료 및 사료로 사용되는 전분을 원료로 사용하지 않고 식료로 사용할 수 없어 단순 폐기되고 있는 셀룰로오스(Cellulose) 등으로 플래스틱을 제조하는 기술 개발이 요구되고 있다.

엔진부품용 채용 감소분 보완해야…
차세대 자동차는 플래스틱 채용이 증가하고 있으나 사용량이 감소하거나 없어지는 부품 및 플래스틱도 늘어나고 있는 것으로 나타났다.
엔진부품의 길이·중량이 배기량과 비례한다고 가정하면 「Prius」는 동일 클래스인 「Premio」와 비교해 하이브리드 자동차의 배기량이 감소하지 않았기 때문에 플래스틱 베이스 부품의 크기·중량이 변하지 않은 것으로 파악되고 있다.
엔진 배기량은 토크, 중력과 정의 상관관계를 보이고 있다.
운전자는 HEV, PHEV 주행 시 전기에너지만 이용해 토크와 출력이 충분히 발휘되지 않으면 부족함을 느낄 가능성이 있다.
따라서 「Prius」는 하이브리드 자동차의 배기량을 크게 줄이지 않은 것으로 판단되고 있다.
그러나 더욱 강력한 PHEV를 개발해도 1.5리터의 배기량을 확보함으로써 부품 길이는 가솔린 자동차의 94%, 표면적은 88%, 중량은 88%로 감소할 것으로 예상되고 있다.
이에 따라 PHEV화가 진행됨에도 플래스틱 베이스 엔진계 부품용 PP, PA는 중량이 12% 감소에 그칠 것으로 분석되고 있다.
아울러 연료부품의 길이·중량이 연료탱크의 용량과 비례한다고 가정하면 「Prius」는 하이브리드화에 따라 연료탱크 용량이 75% 감소해 탱크의 길이가 91%, 표면적이 83%, 중량이 83%로 줄어든 것으로 추정되고 있다.
연료탱크는 용량을 50%로 감축하면 길이가 79%, 표면적과 중량이 62%로 감소함에 따라 HDPE 사용량이 17-38% 줄어들 것으로 분석되고 있다.
EV는 엔진 관련, 연료계, 트랜스미션계, 드라이브 샤프트계 부품이 불필요해짐에 따라 PP, PA, HDPE, POM 사용량이 감소할 것으로 예상된다.
PP는 엔진 관련 부품이 없어짐에 따라 사용량이 20-30% 감소하지만 고내열성이 요구되지 않는 바디 외판 및 파워일렉트로닉스 부품에 채용됨으로써 감소량이 커버될 것으로 예상되고 있다.
HDPE는 연료 탱크가 없어짐에 따라 사용량이 무려 80% 수준 감소할 것으로 예상되고 있다.
PA는 엔진 관련, 연료계 부품이 없어짐에 따라 사용량이 약 50% 줄어들지만 인버터 냉각용 라디에이터 탱크와 워터펌프 등 파워일렉트로닉스 부품, 바디 외판 등에 채용됨으로써 감소량이 커버될 것으로 전망되고 있다.
반면, PBT, PPS, LCP 등은 전기절연성, 열전도성, 장기 신뢰성 등 고성능·고기능성을 바탕으로 파워일렉트로닉스 부품에 대량 채용될 가능성이 높게 나타나고 있다.