EP(Engineering Plastic)는 글로벌 경쟁이 치열해지고 있어 경쟁력 강화방안 마련이 시급해지고 있다.
화학경제연구원(원장 박종우)이 2017년 11월23-24일 주최한 「폴리머 교육 - EP 및 슈퍼EP 소재와 가공기술」에서 SKC 장도훈 선임연구위원은 「EP의 이해」 발표를 통해 “EP는 자동차가 수요를 견인하고 있기 때문에 EV(전기자동차), HEV(하이브리드자동차)에 적용할 수 있는 고기능성 EP 컴파운딩 가공기술이 뒷받침돼야 한다”고 밝혔다.
자동차에는 PA(Polyamide), POM(Polyacetal), PC(Polycarbonate), PBT(Polybutylene Terephthalate), 슈퍼 EP인 PA66(Polyamide66), PEEK(Polyether Ether Ketone), PPS(Polyphenylene Sulfide) 등이 주로 사용되고 있다.
폴리머 교육은 플래스틱 수지 교육과 가공교육을 재편한 폴리머 교육 시리즈 중 2번째로 SKC, LG전자, RTP, 한국엔지니어링플라스틱(KEP), 삼양사, 솔베이(Solvay Specialty Polymers), 이니츠(Initz) 등 국내외 EP 생산기업 전문가들이 연사로 나섰으며 EP의 이해, 플래스틱 압출·사출공정의 이해와 응용, 공정 컴플레인 사례와 해법, 플래스틱 컴파운드용 기능성 첨가제의 이해와 응용, EP 및 슈퍼 EP에 대한 심도 있는 교육이 이루어졌다.
또 EP 및 슈퍼EP는 물론 컴파운딩·얼로이(Alloy) 등 가공기술 전반에 대해서도 논의했다.
SKC, mPPO·PA 컴파운딩 R&D “박차”
mPPO(Modified Polyphenylene Oxide)는 PPO와 복합소재를 컴파운딩해 장점을 극대화한 EP로 평가되고 있다.
PPO는 범용 EP 가운데 내열성과 치수안정성이 가장 우수하다는 장점이 있으나 유동성이 부족해 성형이 어렵다는 단점이 있다.
내열성·치수안정성·불연성·전기절연성·저밀도·내수성을 보유하고 있으며 PS(Polystyrene), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 비결정성 수지와는 잘 섞이지만 PA·PPA(Polyacrylamide) 등 결정성 수지와는 잘 섞이지 않는 특징이 있다.
SKC 장도훈 선임연구위원은 “PPA·PPS 등 결정성 수지와 혼합할 수 있다면 뛰어난 물성의 복합소재를 얻을 수 있다”고 밝혔다.
고내열성을 기준으로 200℃ 이상이 요구되는 자동차 언더후드(Under Hood)에는 PEI(Polyetherimide), PPS, PPA 등이 채용되고 있으며, 100℃ 이상이 요구되는 전기·전자 부품이나 배터리 커버에는 POM, PBT, PA 등이 투입되고 있다.
다만, mPPO는 불연성을 나타내지만 연소성 소재와 컴파운딩하면 난연제를 투입해야 하는 것으로 알려졌다.
자동차부품에는 화재 대피시간을 확보할 수 있을 만큼만 난연제를 투입하면 되지만, 가전제품은 화재 확산을 방지하기 위해 난연성이 높은 난연제를 투입해야 하기 때문에 mPPO 채용이 검토되고 있다.
RTP, 전기·전자용 확대로 수요 호조
일반적으로 PE(Polyethylene), PP(Polypropylene)와 같은 범용 폴리머는 베이스 레진을 사용하는 반면 EP는 용도와 목적에 맞게 다양한 첨가제를 혼합해 사용하고 있다.
첨가제는 Modifier와 필러(Filler)로 구분하는데, Modifier로는 엘라스토머(Elastomer)가 충격보강제, 열안정제, UV(Ultra Violet) 안정제로, 필러로는 유리섬유(Glass Fiber), 탈크가 Bead, Mineral, Fiber 형태로 투입되고 있다.
유리섬유는 주로 PC, PA 등의 물성을 개선하는데 사용되고 있다.
전기전도성을 부여하는 Modifier로는 카본블랙(Carbon Black), 탄소섬유(Carbon Fiber), CNT(Carbon Nano Tube) 등이 있으며 RTP는 한화로부터 CNT를 공급받아 컴파운딩에 투입하고 있다.
내마모성 향상에는 PTFE(Polytetrafluoroether), 실리콘(Silicone), PFPE(Perfluoropolyether), 그래핀 등이 투입되고 있다. 내마모제는 플래스틱이 마모되면 특수층을 형성해 내마모성을 높여주는 역할을 한다.
실리콘이 첨가된 내마모제는 1차적으로 실리콘층을 형성한 후 플래스틱이 마모되면 2차적으로 실리콘 이외 내마모제가 2차층을 형성해 내마모성을 향상시킨다.
내마모성은 핵제를 투입해 초기 경화를 높이는 방법도 채용되고 있다.
KEP, POM 그레이드 “다양화”
POM은 메탄올(Methanol)을 원료로 투입해 다른 EP에 비해 국제유가 변화에 따른 영향을 적게 받는 것으로 파악되고 있다.
EP 컴파운드는 수지를 컴파운딩하는 반면 POM은 직접 수지를 중합할 수 있어 제조코스트가 상대적으로 저렴한 장점이 있다.
KEP는 다양한 필러와 함께 컴파운딩해 다양한 그레이드의 POM을 생산하고 있다.
특히, 유리섬유, 탄소섬유, 미네랄 섬유(Mineral Fiber), 내충격제, 도전제, 대전방지제 등 다양한 첨가제를 투입하고 있는 것으로 알려졌다.
세계 POM 시장은 공급이 수요를 따라가지 못하고 있다,
중국은 POM 수입제품에 반덤핑관세를 부과하고 있어 중국기업들이 다소 높은 가격에 POM을 구매하고 있다.
글로벌 수요비중은 자동차 28%, 전기전자 24%, 산업소재 19%, 소비재 11%이며, 국내시장은 자동차가 64%, 중국은 전기전자가 47%, 자동차가 18%에 불과하지만 자동차산업 성장으로 비중이 확대될 것으로 예상되고 있다.
POM은 자동차 대당 총 4-4.5kg 투입되며 연료펌프, 안전벨트, 사이드미러 등에 채용되고 있다.
삼양사, 자동차팀 신설로 EV·HEV 대비
PC는 내화학성, 스크래치, 저온에서의 내충격성이 단점으로 지적되고 있다.
이에 따라 삼양사는 R&D를 통해 Branched-PC, Silicone-PC, High Heat-PC, Bio-PC 등 다양한 그레이드를 생산하고 있다.
Siloxane PC는 20℃ 이하에서 급격히 감소하는 저온내충격성을 보완했으며 주로 자동차부품에 투입되고 있다.
Bio PC는 내화학성, 내광성, UV 저항성을 높인 것으로 알려졌다.
PBT는 유동성이 높아 가공이 용이하다는 장점이 있으며 사출공정에서는 PA와 비슷한 생산성을 나타내는 동시에 수분에 민감하지 않다는 장점이 있다.
하지만, 용액중합 방식이 아니라 고상중합(Solid State Polymerization)이기 때문에 분자량 미세 조정이 어려워 점도 조절이 쉽지 않다는 구조적 한계가 나타남에 따라 전기전자 커넥터 등에 주로 투입되고 있다.
특히, 전기자동차에 사용되는 커넥터는 총 40kg 정도로 전기자동차 시장의 성장으로 PBT 수요가 늘어날 것으로 예상되고 있다.
자동차용 부품은 DuPont 등 글로벌기업이 많이 장악하고 있으나 삼양사도 관련제품을 상업화해 진입을 준비하고 있다.
슈퍼EP, 글로벌 경쟁 갈수록 심화
솔베이는 PAEK(Polyaryl Ether Ketone)를 애플(Apple)에게 스마트폰용으로 공급하고 있으며 헬스케어, 전자, 오일 및 가스, 항공, 자동차 등 에너지 소비량 절감과 고성능이 요구되는 용도로 높은 수요 증가율을 예상하고 있다.
솔베이는 PEEK 및 PAEK Neat Resin 생산능력이 총 2500톤 이상으로 Ultra-Polymer로 구분하고 있다.
이니츠는 주력 생산제품인 PPS를 상업화해 2017년 1/4분기 첫 매출을 기록했다.
염소를 함유하지 않는 친환경 PPS 제조공정을 최초 개발해 2006년 이후 처음으로 매출이 발생했다.
PPS는 일본 자동차 생산기업들이 적극 채용하는 소재로, 글로벌 PPS 시장규모가 컴파운드 기준 9만4000톤에 달하며 2020년에는 15만3000톤으로 성장할 것으로 예상된다.
이니츠는 SK케미칼이 PPS 사업을 본격화하기 위해 2013년 일본 Teijin과 합작 설립했으며 SK케미칼 지분이 66%, Teijin이 34%를 보유하고 있다.
이니츠 이창현 팀장은 “EV·HEV의 핵심부품은 모두 전기부품으로 배터리를 제외한 거의 모든 부품에 PPS가 채용되고 있다”며 “PPS는 시장규모가 계속 성장하며 차세대 성장동력이 될 것”이라고 기대했다.
<김형준 연구원: khj@chemlocus.com>
표, 그래프: <EP 컴파운딩 특성 비교, 일반적인 기능성 첨가제의 종류, .POM 수요비중비교(2016), 자동차의 PC 사용부위, PPS 소비비중 변화>
