자동차용 플래스틱은 전체 플래스틱 수요 가운데 10% 가량을 차지하고 있다.
특히, 경량성 및 성형가공성, 저코스트 등을 강점으로 내외장부품은 물론 엔진룸의 기계부품을 비롯해 전자시스템, 연료시스템, 에어백·안전벨트 등 안전시스템에도 투입되고 있으며 최근에는 구동·섀시 등에도 적용되고 있다.
자동차산업은 앞으로도 친환경 자동차 보급 확대 등을 바탕으로 꾸준히 고도화·경량화를 추구할 것으로 예상되고 있다.
일본에서는 이산화탄소(CO2) 배출량 가운데 운송 부문이 17%를 차지하고 있고 86% 가량은 자동차에서 배출된 것으로 나타나 자동차 경량화에 따른 CO2 배출 감축 효과가 상당한 것으로 파악되고 있다. 한국은 CO2 배출량 가운데 운송비문의 비중이 일본보다 더 높아 경량화의 필요성이 더 큰 편이다.
세계적으로도 COP21에서 파리협정이 채택됨에 따라 선진국을 중심으로 자동차 규제가 더욱 강화될 것이 확실시되고 있다.
하지만, 자동차를 수지화함으로써 경량화하는 흐름은 충분한 수준까지 진전된 것으로 판단되고 있다.
이에 따라 자동차기업들은 일체성형을 통한 부품수·공정수 감축, 디자인성과 안전성 향상 등 보다 고도화된 요소를 충족시켜야 할 것이 요구되고 잇다.
특히, 자동차 전장화에 대응해 고분자 특유의 열특성, 전기특성을 활용하는 방안을 모색해야 할 것으로 파악된다.

범용수지, 가볍고 가공 용이해 보급 확대
범용수지는 금속에 비해 가볍고 성형가공이 용이할 뿐만 아니라 양산화가 간단하다는 이점이 있다.
모듈화하면 제조코스트를 감축할 수 있고 첨가제를 더하면 강도와 강성을 높일 수 있어 컴파운드를 중심으로 채용이 확대되고 있다.
사용량이 가장 많은 것은 PP(Polypropylene)로 자동차 1대당 범용수지 사용량의 약 절반 가량을 차지하고 있다.
PP는 가볍고 성형가공이 간편하며 코스트 퍼포먼스가 우수한 것이 특징이다.
필러 등을 첨가해 컴파운드로 만들면 강성을 높일 수 있고 재활용이 용이한 것도 강점으로 평가되고 있다.
자동차 전면부 패널, 도어패널 등 내장소재 외에도 범퍼, 라디에이터 등 대형부품에도 널리 채용되고 있다.
HDPE(High-Density Polyethylene)는 중공성형을 통해 연료탱크에 사용되면서 경량화에 일조하고 있다.
수지화 비율이 높은 유럽, 미국과 달리 일본의 탱크 수지화 비율은 아직 50% 정도에 머무르고 있는 것으로 파악된다.
ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)는 PP에 비해 외관, 도장·도금성이 우수하며 콘솔박스 등 내장부품 뿐만 아니라 도어미러 등 외장부품에도 사용되고 있다.
PVC(Polyvinyl Chloride)는 품질·성능, 가격우위성 등이 재평가되면서 와이어하네스, 내장재 등으로 용도가 확대되고 있다.
하이브리드자동차, 전기자동차를 중심으로 와이어하네스 채용이 확대되면서 피복재 사용량이 증가하고 있으며 배터리·모터·인버터로 이어지는 고압 와이어하네스 용도도 기대되고 있다.

EP, 내열성과 고강도로 채용 확대
EP(Engineering Plastic)는 내열성과 기계적 강도가 우수한 것이 특징으로 범용수지로는 대응할 수 없는 용도에서 필수적인 경량소재로 주목받고 있다.
자동차부품의 수지화는 금속에서 교체하기 쉬운 부분부터 추진되고 있으나 보다 높은 성능과 복잡한 성형법이 요구되는 부분에서도 경량화 니즈가 확대되면서 EP, 슈퍼 EP 등의 채용이 늘어나고 있다.
자동차에 사용되는 EP는 PA(Polyamide)를 비롯해 PC(Polycarbonate), POM(Polyacetal), PBT(Polybutylene Terephthalate), PPE(Polyphenylene Ether) 등이 있으며 슈퍼 EP로는 PPS(Polyphenylene Sulfide), LCP(Liquid Crystal Polymer)가 사용되고 있다.
특히, PPS는 강도, 공정안정성, 내약품성의 특성이 인정받아 수요가 늘어나고 있다.
최근에는 친환경 자동차를 중심으로 1대당 사용량이 증가하고 있고 생산기업들이 생산능력 확대를 위한 투자를 적극화하고 있다.
슈퍼 EP는 고가이기 때문에 소규모 부품에 채용되고 있으나 PPS는 1개 부품당 사이즈가 큰 용도로 개발이 추진되고 있다.
PA는 PA6, PA66가 주류를 이루고 있으며 고내열 방향족(Aromatics) 계열 시장이 개척되고 있어 일대시장을 형성할 것으로 기대되고 있다.
또 헤드램프, 각종 내장부품으로 주로 사용되던 PC는 차체 지붕으로 용도가 확대되고 있다.
PC는 자동차의 중량을 가볍게 해줄 뿐만 아니라 투명성, 내충격성이 우수한 특성을 살려 유리 대신 사용됨에 따라 양산기술 정립 및 내찰상성, 내후성을 부여하는 과제를 조기에 해결해야 할 것이 요구되고 있다.
보다 고도화된 니즈를 충족시키기 위해 금속 등 다른 소재와의 접합기술에도 주목된다.

TPE, 물성 활용해 고무를 대체
열가소성 엘라스토머(TPE: Thermoplastic Elastomer)는 고무와 수지의 특성을 모두 가지고 있는 기능성 소재로 가황공정이 필요하지 않고 수지와 동일한 성형법을 사용할 수 있다.
열안정성이 높기 때문에 가공 범위가 넓고 소재를 조합한 복합소재를 만들 수 있다는 것이 특징이다.
TPE는 자동차 경량화가 추진되고 있는 가운데 고무 대체재로 채용이 확대되고 있다.
대표적인 TPE는 올레핀계 TPO(Thermoplastic Polyolefin Elastomer)로 단순 블렌드 타입과 함께 고무 성분을 부분 혹은 완전가교한 TPV(Thermoplastic Vulcanizates) 등이 있다.
비중이 낮은 것 역시 TPO의 강점으로 가황고무에 비해 생산성이 높고 교체를 통한 경량화 효과가 우수해 자동차 도어 및 창문 주변부, 에어백커버 등에 투입되고 있다.
스타이렌(Styrene)계 TPS(Styrenic Thermoplastic Elastomer)는 수첨계 컴파운드로 시프트노브커버, 에어백 커버 등 내장 표피재를 중심으로 사용되고 있다.
부드럽고 성형가공성이 우수하기 때문에 내후성, 내열·내한성의 균형이 우수하고 디자인을 고급스럽게 마감할 수 있다.
폴리에스터(Polyester)계 TPE인 TPC(Thermoplastic Copolyester Elastomer)는 고부가가치제품으로 자동차 분야에서는 넓은 사용온도 영역과 굴곡피로 특성을 최대한으로 살릴 수 있는 등속조인트(CVJ) 부츠가 최대 용도로 주목되고 있다.
또 내구성, 소음차단성이 평가되며 잠금장치, AT 레버 슬라이드 플레이트 등으로 보급되고 있다.

CFRP, 성형 코스트 절감 시급…
CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 또 다른 경량화의 견인차 역할로 기대되고 있다.
CFRP는 2013년 말 독일 BMW의 전기자동차 「i3」가 차체 기본골격에 채용하면서도 4600만원이라는 합리적인 가격으로 출시되며 시장의 주목을 받았으며 이후 양산차에도 CFRP를 채용하고자 하는 움직임이 늘어나고 있다.
CFRP는 강하고 가볍다는 특성이 인식돼 있지만 철강에 비해 중량당 코스트가 10배 가까이 고가이기 때문에 그동안 F1 등 레이싱카와 초고급 자동차에만 사용돼 왔다.
앞으로 더 저렴하고 가공하기 쉬운 열가소성수지를 채용한 CFRTP(탄소섬유강화 열가소성수지)의 개발이 추진될 것으로 기대된다.
CFRP의 대부분을 차지하고 있는 에폭시수지(Epoxy Resin) 등을 사용한 열경화성 CFRP는 특성은 우수한 반면 생산에 시간이 걸리기 때문에 고가일 뿐만 아니라 재활용하기 어렵다는 점이 단점으로 지적돼 왔다.
탄소섬유 생산기업들은 자동차 시장 진출을 통해 전체 시장규모를 비약적으로 확대시키고 있다.
코스트 절감을 위해 다양한 기술을 개발하고 있으며 2017-2018년에는 채용이 본격화될 것으로 기대된다.
자동차 생산기업이 탄소섬유 채용을 적극화하고 있는 것은 2020년부터 시행되는 유럽 CO2 배출규제의 영향이 큰 것으로 파악된다.
극적인 배기가스 감축을 위해서는 극적인 경량화가 필수적이기 때문이다.
전기자동차 등 친환경 자동차도 경량화를 통해 주행거리를 확보하고 있지만 수지화만으로는 대응하기 어려우며 강도·강성이 우수한 CFRP 구조재를 채용하는 것이 반드시 필요할 것으로 파악된다.
생산기업들은 저코스트 성형공법 개발에 나서고 있다.
속경화성 수지 개발, 프레스 성형으로 간단하게 부품을 제조할 수 있는 기술 개발과 함께 성형 시 배출되는 단재를 감축시키는 방법에 대한 연구도 추진되고 있다.
<강윤화 기자: kyh@chemlocus.com>