플래스틱산업은 자동차용으로 투입이 확대됨에 따라 금속 일체화 R&D(연구개발)가 요구된다.
자동차 외장소재는 대부분 금속이 채용되고 있으나 경량화가 이루어짐에 따라 플래스틱 사용을 확대하고 있다.
하지만, 플래스틱이 전류 흐름 등과 같은 금속의 고유 성질을 구현하기 어려워 금속 일체화 기술이 요구되고 있으며 접착, 기계적인 고정 등 접착수단을 이용해 금속과 플래스틱을 복합하려는 연구가 이루어지고 있다.
시장 관계자는 “금속과 플래스틱을 복합해 소재의 소형화, 슬림화, 경량화를 요구하는 경향이 강해지고 있으며 금속가공 공정이 축소돼 코스트까지 절감하는 효과를 창출할 수 있다”고 밝혔다.
기존에는 접착제를 이용해 구조적으로 결합하는 방법이 채용됐으나 최근에는 사출로 금속과 플래스틱을 동시에 접합하는 사출 접합방법이 널리 채용되고 있다.
기존 모바일 스마트폰 외관용 소재는 PC(Polycarbonate) 등 플래스틱을 채용하고 메탈릭 느낌을 표현하기 위해 도금·도장으로 코팅했으나 최근에는 금속 및 플래스틱 복합체를 채용하는 방향으로 전환하고 있다.
금속 복합체에는 알루미늄, 스테인리스, 마그네슘 등을 투입하고 있으며 마그네슘, 티탄 채용도 확대하고 있다.
특히, 알루미늄은 자동차 생산기업들이 경량화를 위해 채용률을 크게 확대하고 있고, 플래스틱과 일체화를 통해 효과적인 경량화가 이루어질 수 있을 것으로 기대되고 있다.
복합체용 금속은 다이캐스팅하거나 압출공법을 통해 바(Bar) 형태로 제작되고 CNC(컴퓨터정밀제어) 가공을 통해 원하는 디자인으로 깍은 후 특수화학 수용액에 침지하거나 레이저를 이용해 표면을 처리한다.
수용액 표면처리는 일본 Toadenka, Mitsui Chemicals 등이 독자적인 기술을 개발해 주도하고 있으며 국내에서는 세원하이텍, 태성포리테크 등 표면처리기업들이 독자기술을 개발하고 있는 것으로 알려졌다.
레이저를 이용한 물리적 표면처리 방법은 재영솔루텍이 연구를 계속 이어가고 있다.
플래스틱은 접착제 투입방식용으로 PP(Polypropylene), PA(Polyamide), CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)에 이어 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 등이 채용됐으나 사출 접합방법으로 전환되면서 PBT(Polybutylene Terephthalate), PA, PPS(Polyphenylene Sulfide) 등 결정성 소재를 주로 투입하고 있다.
접착제는 에폭시수지(Epoxy Resin), 페놀수지(Phenolic Resin) 등 열경화성수지와 PA, PPS, 실리콘(Silicone), 니트릴고무(Nitrile Rubber) 등 엘라스토머(Elastomer)가 사용되고 있다.
시장 관계자는 “인서트 사출 등에는 오랫동안 결합력을 유지하고 온도 변화로 금속과 플래스틱 복합 경계면이 들뜨는 것을 방지하기 위해 결정성 소재를 주로 채용하고 있다”고 밝혔다.
복합체 생산에서는 접착력을 향상시키기 위해 플래스틱의 유동성, 냉각속도, 반응성 등을 중요시하고 있으며 금속 표면에 형성되는 미세 홀 안으로 수지가 투입되게 하거나 금속 표면에 형성되는 코팅과의 화학적 반응을 통해 접착력을 향상시키고 있다.
PPS는 높은 접착력을 보유하고 있음에도 불구하고 색상 구현 및 UV(Ultra Violet) 안정성, 높은 가격 등으로 사용에 제한이 많아 색상 구현이 수월하고 코스트가 저렴한 PBT 채용이 확대되고 있다.
PBT는 베이스 레진을 LG화학, 삼양사, 코오롱플라스틱 등이 생산했으나 신규공법에 비해 수율이 낮아 2012-2013년 생산을 중단했으며 중국산, 말레이지아산, 타이완산을 수입해 컴파운드하고 있다.
특히, PBT 시장점유율이 높은 LG화학, 삼양사가 플래스틱-금속 복합체 기술에 관심이 높은 것으로 알려졌다.
PBT 컴파운드 시장점유율은 LG화학 35%, 삼양사 25%, 코오롱플라스틱 10%, 한국BASF 10%, 한국엔지니어링플라스틱(KEP) 5% 수준으로 파악되고 있으며 LG화학과 삼양사는 베이스 레진을 월평균 1000-2000톤 수입하고 있다.<허웅 기자>