일본 Toray가 자동차·배터리용 PPS (Polyphenylene Sulfide) 필름 사업 확대에 박차를 가하고 있다.
Toray는 독자기술로 개발한 신제품 등을 내열성 뿐만 아니라 내가수분해성, 내약품성 등 다양한 특성이 요구되는 광범위 용도에 투입할 계획이다.
주로 자동차 모터의 절연소재용으로 공급하고 있으며 배터리 씰(Seal) 용도 개척에도 나서고 있다.
또 열접착 그레이드를 추가해 이종소재 접합 등의 용도로도 제안할 방침이다.
PPS필름은 PI(Polyimide) 필름에 비해 내열성이 떨어지지만 다른 기능을 부여할 수 있어 사용범위가 넓은 것이 특징이다.
Toray의 「Torelina」는 세계에서 유일한 2축 연신 PPS필름으로 공법안정성, 두께정밀도 등이 우수한 것으로 평가받고 있다.
내열성은 PI필름에 비해 낮지만 PEN (Polyethylene Naphthalate) 필름과 동일한 수준이며 내가수분해성, 내약품성, 전기특성, 자기소화성 등의 기능을 추가함으로써 각종 필름의 대체용도로 투입하고 있다.
주로 산업용, 자동차 모터의 절연소재 용도로 공급하고 있으며 컨덴서 유도제, 소자방지 테이프, 기구부품용 등으로도 투입하고 있다.
특히, 자동차 모터 절연소재 용도에 주력하고 있다.
전기자동차(EV), 하이브리드자동차(HV) 등 친환경 자동차의 등장을 계기로 고압출력에 대한 니즈가 고도화되고 있어 내열특성을 활용할 계획이다.
또 온도가 상승한 모터를 식힐 때 물 혹은 화학물질을 사용하기 때문에 내약품성, 내가수분해성 등의 특성도 유리하게 활용될 것으로 기대된다.
이밖에 점착테이프 용도도 개척하고 있으며 내유특성을 활용하면 연료탱크 주변부에도 채용이 가능할 것으로 기대하고 있다.
배터리 용도 강화에도 주력하고 있다. LiB (Lithium-ion Battery)는 소자방지 테이프에 PP(Polypropylene)를 사용하는 것이 일반적이지만 내열성 외에 전해액을 투입할 때 내약품성도 요구되고 있기 때문에 해당 용도로 투입할 계획이다.
연료전지 분야에서는 씰 소재용으로 채용 실적을 거두고 있으며 앞으로는 자동차용으로도 제안을 강화할 방침이다.
열접착 타입 PPS필름은 자동차 모터에 사용되는 복합 절연소재의 열 라미네이트 용도는 물론 금속탱크의 내부막과 이종소재 접합용으로도 제안하고 있다.
내부막에 열접착 PPS필름을 사용하면 부식성이 있는 약품을 보존할 수 있게 되며 이종소재 접합 분야에서는 용접을 대체할 수 있다는 점을 강조하며 조기 상업화를 도모할 방침이다.
전기특성을 극대화시킨 PPS필름도 개발했다.
Toray는 세계 최고 수준의 유전율 1.9를 실현함으로써 내구성 및 난연성이 뛰어난 PPS필름을 개발하는데 성공했다고 2016년 12월20일 발표했다.
필름에 입자를 첨가함으로써 고배율로 연신시키고 입자와의 계면에 박리를 생성시켜 PPS의 특성을 유지하면서도 공공률 55%를 달성하는데 성공했다.
연성회로기판(FPC: Flexible Printed Circuit) 용도와 레이더, 센서 등 전기 및 전자회로의 소재 필름용으로 제안할 방침이다.
또 전기특성 외에 가공성, 단열성 등도 향상시켜 각종 성형체와 단열테이프 용도로도 제안하고 2018년 저비중 PPS필름 양산화에 돌입할 계획이다.
PPS는 온도와 주파수가 변화해도 안정된 전기특성을 유지할 수 있어 유전율, 유전특성을 더욱 향상시켜 차세대 전기 및 전자회로 용도에 투입할 계획을 세우고 있다.
PPS와 무기입자를 용융·혼합한 후 연신해 무기입자와 필름의 계면을 박리하고 필름에 유전율이 낮은 공기층을 형성함으로써 저유전화를 도모했다.
다만, 입자의 응집 및 파탄에 따른 연신한계는 아직 과제로 남아있다.
PPS와 입자는 친화성이 낮고 혼합할 때 입자가 응집하기 쉽기 때문에 입자 표면을 고내열 처리함으로써 응집을 대폭 억제했다.
PPS는 벤젠(Benzene) 고리와 황 원자의 단순반복으로 구성돼 있기 때문에 분자고리끼리 결합이 약하고 연신이 불균일해 공공구조의 균일성이 상실될 우려가 있다.
이에 따라 연신을 실시하기 전에 PPS의 미결정화를 촉진함으로써 결합을 강화해 응력 전개를 균일화했다.
유동특성을 제어하는 박막 축적기술을 활용해 파탄이 없는 균일한 공공성형도 실현했다.
다공층 필름의 양면에 일반적인 PPS 필름을 보강층으로 사용해 입자를 함유시켰을 때에 비해 연신한계를 8배까지 향상시켰다.
100마이크로미터 두께로 비교하면 기존의 PPS필름의 비중이 1.3, 유전율은 3.1인 반면 개발제품은 비중 0.9, 유전율 1.9를 실현하고 있다.
난연성, 내구성 등의 특징도 유지하고 있다.
LCP(Liquid Crystal Polymer), PI 등 다른 저유전필름에 비해 유전율, 유전성 정접 외에 가공성과 접착성, 열팽창률 등도 균형 있게 갖추고 있다.
플랫케이블 용도와 센서, 레이더 등 회로기판의 필름 용도로 투입할 방침이며 이미 자동차용으로 샘플 출하를 실시하고 있다.
전기특성 외에 성형성도 크게 향상시켰기 때문에 모터용 절연소재와 공정이형지 등 보다 복잡한 성형가공이 필요한 용도에도 투입이 가능하다.
또 열전도율을 3분의 1로 줄일 수 있어 내열 테이프 소재와 단열가식용 필름으로도 제안할 방침이다. <강윤화 기자>