슈퍼 EP(Engineering Plastic)는 범용 EP에 비해 구조 및 강성이 뛰어나고 내열성이 매우 높아 고부가가치 분야에서 채용을 확대하고 있다.
특히, 일본 화학기업들이 기술개발을 선도하고 있으며 자동차 및 전기·전자 분야의 정밀부품용으로 수요가 신장함에 따라 글로벌 전략을 가속화하고 있다.
최근에는 차기 성장영역으로 항공기 및 의료기기를 주목하고 연구개발에 힘을 기울이고 있다.
PAR, 전자부품·자동차용 수요 신장세
PAR(Polyarylate)은 약 40년 전 유니티카(Unitika)가 공업화한 비결정성 폴리머로, 투명수지 가운데 최고 수준의 내열성을 보유함과 동시에 PC(Polycarbonate) 및 아크릴수지(Acrylic Resin) 수준으로 투명성이 뛰어난 특징이 있다.
유니티카는 세계에서 유일하게 PAR을 생산하고 있으며 U Polymer 브랜드로 공급하고 있다.
글로벌 PAR 시장규모는 컴파운드 기준 2000톤으로 추정되고 있으며 내열성, 치수안정성, 저흡수성을 바탕으로 전기·전자 분야의 정밀부품용 수요가 신장하고 있다.
정밀부품 시장에서는 내열성 및 요구 성능 차이에 따라 액정 폴리머 등과 경쟁하고 있으나 최근 스마트폰 및 태블릿PC가 소형·경량화되면서 내열성 및 치수정밀도에 대한 요구가 높아짐에 따라 U Polymer 채용이 증가하고 있는 것으로 알려졌다.
자동차용은 램프 렌즈 주변의 내열부품에 많이 사용되고 있으나 자동차 램프가 LED(Light Emitting Diode)로 전환되고 내열성에 대한 요구가 낮아지면서 수요가 감소하고 있다.
LED 램프는 광량이 많고 내열량이 적어 램프 주변부품의 열 대책이 필요하지 않기 때문이다.
반면, 반사판용은 PBT(Polybutylene Terephthalate) 및 내열 PC를 대체함으로써 고성장을 지속할 것으로 예상되고 있다.
유니티카는 자동차용 공급을 확대하기 위해 유럽, 미국계 자동차부품 생산기업 및 OEM을 대상으로 마케팅전략을 강화하고 있다.
최근에는 양적 확대에 따라 코스트 경쟁력이 향상되고 환율조건 등 사업환경이 U Polymer에 유리한 쪽으로 변화함에 따라 미국 OEM 및 중국에 진출한 유럽 OEM에 대한 마케팅을 시작했다.
미국 및 유럽에는 폴리머 및 컴파운드로 수출하고 있으나 환율 등에 좌우되지 않는 사업체제를 구축하기 위해 미국 컴파운드 생산기업을 통해 위탁생산을 시작할 예정이며 유럽에서도 컴파운드 위탁을 위한 타당성 검토를 진행하고 있다.
유니티카는 U Polymer 생산능력이 컴파운드 기준 2500-3000톤으로 2019년까지 일본을 포함한 아시아 지역에서 생산능력을 확대할 계획인 것으로 알려졌다.
초고내열성 바탕 신규용도 개척
PAR은 일반적으로 TPA(Terephthalic Acid), 이소프탈산(Isophthalic Acid), BPA(Bisphenol-A)를 원료로 사용하며 폴리머 개질, 다른 수지와의 융합, 컴파운드에 따라 다양한 그레이드가 개발되고 있다.
유니티카가 2016년 출시한 U Polymer T 시리즈는 모노머 단계에서 설계를 변경해 유리 전이점이 최고 265℃에 달하는 것으로 파악되고 있다.
전기·전자부품은 생산 효율화 측면에서 리플로우 솔더링(Reflow Soldering) 공정이 표준화되고 있으나 내열 요구온도가 250℃를 넘어 열경화성 수지, 액정 폴리머 등 일부 수지만 대응 가능했다.
이에 따라 사출성형이 가능하고 투명하며 리플로우 솔더링 공정에 대응할 수 있도록 높은 내열성과 투명성을 겸비한 비결정성 수지 개발이 요구됐다.
U Polymer T 시리즈는 내열 수준에 따라 3개 그레이드를 라인업하고 있으며 리플로우 솔더링 대응 그레이드는 센서 광원용 부품, 표면실장형 LED 렌즈, 광커넥터용 렌즈 패키지용 등으로 공급하고 있다.
PEI(Polyetherimide), PES(Polyether Sulfone)에 비해 내열성이 높아 기존 PAR로는 대응할 수 없었던 영역을 공략하고 있으며 2018년 100톤 판매를 목표로 하고 있다.
U Polymer 수준으로 내열성과 투명성이 뛰어날 뿐만 아니라 비염소계 용제에 녹일 수 있는 Unifiner 브랜드는 에폭시수지(Epoxy Resin)의 내열성 및 전기특성 개량제, 에스테르(Ester)계 수지를 비롯한 다른 수지의 내열성 향상제로 마케팅을 진행하고 있다.
PES, 식품 및 의료기기용으로 주목
PES는 비결정성 내열수지로 Sumitomo Chemical(SCC), BASF, 솔베이특수폴리머(Solvay Specialty Polymers)가 생산하고 있다.
SCC는 성형 그레이드 뿐만 아니라 부가가치제품인 파우더 그레이드를 공급하고 있다.
유리 전이점이 220-225℃로 높은 내열성을 보유하고 있고 성형할 때 열안정성이 뛰어나 성형제품에 삽입되는 가스가 다른 EP에 비해 매우 적은 것으로 파악되고 있다.
치수안정성, 크리프(Creep) 저항성, 난연성, 내열수성, 내약품성 등 다양한 특징도 보유하고 있다.
일본 수요는 약 3000톤, 글로벌 수요는 약 1만5000톤으로 추정되고 있으며 자동차부품, 전기·전자부품, 의료기기, 식품 관련 등 다양한 분야에 투입되고 있다.
자동차부품 분야에서는 광범위한 온도 영역에서 강성, 치수안정성, 크리프 저항성, 내유성을 안정적으로 유지하는 특징을 바탕으로 램프 반사판 등에 채용되고 있으며, 특히 안개등 반사판은 PEI 대체소재로 수요가 증가하고 있다.
엔진, 트랜스미션 주변에서는 치수 정밀도를 토대로 스풀밸브의 알루미늄 대체소재로 사용되며 경량화에 기여하고 있다.
전기·전자부품 분야에서는 크리프 저항성, 치수안정성 등을 바탕으로 번인소켓, 릴레이 등 사출성형부품에 채용되고 있으며 반도체 제조 프로세스 관련으로는 IC 트레이, 웨이퍼 캐리어 등에 투입되고 있다.
최근에는 식품 관련 및 의료기기가 성장분야로 주목받고 있다.
식품 관련은 내열성, 내스팀성이 높이 평가됨에 따라 전자레인지용 내열용기 등에 사용되고 있으며 푸드 프로세서, 커피메이커의 투명부품에도 채용되고 있다.
의료기기 분야에서는 인공투석기용으로 수요가 증가하고 있다.
인공투석은 혈액 속에 포함된 크레아틴(Creatine), 요소(Urea) 등 노폐물을 여과하는 신장 기능이 저하되는 신부전을 치료하는 방법으로 투석기를 이용해 혈액 속 노폐물 및 여분의 수분을 여과하며 투석기는 신장의 사구체 역할을 대신하는 8000-2만개의 중공사막으로 구성된다.
중공사막은 재생 셀룰로오스(Cellulose) 막을 비롯한 셀룰로오스계와 PES, PSU(Polysulfone)를 비롯한 고분자계로 분류되며 전체 시장은 PES와 PSU가 양분하고 있다.
인공투석은 선진국 뿐만 아니라 인디아, 중국 등 개발도상국에서도 성인병 증가 및 보험제도 확충의 영향으로 급속히 보급되고 있어 중공사막용 수요가 계속 증가할 것으로 예상되고 있다.
SCC, PES 생산능력 확대
PES는 앞으로 항공기용 수요가 신장할 것으로 예측되고 있다.
항공기는 연비 향상을 위한 경량화를 목적으로 CFRP(탄소섬유 강화 플래스틱)가 사용되고 있으나 탄소섬유와 복합하는 열경화성 에폭시수지는 기계적 또는 열적 특성이 뛰어난 반면 열가소성 수지에 비해 약해 균열이 발생하기 쉬운 단점이 있어 파괴인성 향상이 요구되고 있다.
SCC는 에폭시수지에 첨가해 인성을 부여할 수 있는 PES 파우더 그레이드를 개발해 공급하고 있다.
본질적으로 인성이 있고 유리 전이점이 높을 뿐만 아니라 에폭시수지와의 친화성이 뛰어난 것으로 알려지고 있다.
CFRP는 군용기 부품에만 사용되다 1980년대부터 항공기의 2차 구조재로 채용되기 시작했으며 손상 허용성이 중시되는 1차 구조재로는 1988년 취항한 에어버스(Airbus) A320의 꼬리날개에 세계 최초로 적용됐다.
이후 A330, A340은 총 중량의 약 12%, 1994년 첫 비행에 성공한 보잉(Boeing)의 B777은 수직·수평꼬리 안정판 등에 CFRP가 사용됐다.
최신 항공기인 B787은 CFRP가 전체 중량의 50%를 차지하고 있는 것으로 알려졌다.
SCC는 항공기용 CFRP 수요가 본격화됨에 따라 PES 생산능력을 확대하기로 결정했다.
SCC는 ICI의 라이선스를 취득해 리세일로 PES를 사업화했으나 ICI가 PES 사업에서 철수함에 따라 직접 1500톤 공장을 가동하고 있다.
현재 일본 Ehime 소재 3150톤 공장을 가동하고 있는 가운데 수요 신장에 대응하기 위해 생산능력 확대 및 입지 분산에 따라 안정공급체제를 강화할 방침 아래 Chiba에 3000톤 공장을 신설하고 있으며 2018년 가동을 목표로 하고 있다.
PMP, 내열성·이형성 필요한 분야 투입
PMP(4-Polymethyl-1-Pentene)는 Mitsui Chemicals(MCC)이 촉매·중합기술을 활용해 프로필렌(Propylene) 이량화에 따라 생성되는 4-Methyl-1-Pentene을 중합해 제조한 고융점 폴리올레핀(Polyolefin) 수지이다.
MCC는 글로벌 유일의 PMP 생산기업으로 1만2000톤 생산체제를 구축하고 있으며 TPX 브랜드로 공급하고 있다.
PMP는 융점이 220-230℃로 폴리올레핀수지 가운데 최고 수준의 내열성을 보유하고 있으며 표면장력이 24mN/m로 불소수지 다음으로 낮아 성형제품 표면에 뛰어난 이형성을 부여하는 특징이 있다. 밀도도 낮아 폴리올레핀수지 가운데 가장 가벼우며 가시광선 투과율이 최대 94%로 투명성이 우수한 것으로 알려졌다.
PMP는 FPC(Flexible Printed Circuit)용 이형필름 등 내열성과 이형성을 활용할 수 있는 분야에서 주로 사용되고 있다.
FPC는 얇고 가벼워 스마트폰, 모바일기기의 소형·박형화에 따라 수요가 급증하고 있다. FPC는 PI(Polyimide) 등 박막으로 이루어진 절연체 위에 접착층을 만든 후 구리박을 비롯한 전도성 금속을 붙여 전기회로를 형성하며, 금속을 붙이는 프레스 가공 시 FPC 표면을 보호하는 필름으로 PMP 필름을 채용하고 있다.
프레스 가공온도는 약 200℃가 일반적이나 온도가 높을수록 공정시간이 단축되는 특징이 있다.
이형필름은 고내열성이 요구되고 있으며 FPC에서 필름을 깨끗하고 쉽게 떼어낼 수 있는 이형성도 필요하기 때문에 PMP 필름 채용이 확대되고 있다.
내열성· 이형성 측면에서 PTFE(Polytetrafluoroethylene)를 비롯, PFA(Perfluoroalkoxy), FEP(Fluorinated Ethylene Propylene) 등 불소계 수지와 경쟁하고 있으나 오버스펙이고 가격도 높아 PMP가 대체하고 있는 것으로 알려졌다.
MCC는 CFRP용 이형필름을 개발하고 있다.
PMP는 융점이 높아 다양한 열경화성 수지에 대응할 수 있으며 이형성이 뛰어나 이형제를 사용할 필요가 없어 표면이 오염되지 않는 강점이 있기 때문으로, 성형과정에서 CFRP와 금형 사이에 삽입하는 용도로 적용하기 위한 연구개발을 진행하고 있다.
MCC, 합성피혁·고무호스 적용 확대
PMP는 합성피혁용 이형지에도 투입되고 있다.
합성피혁 표면에 무늬를 새길 때 종이 위에 PMP를 짜 엠보싱 모양을 만들고 PVC(Polyvinyl Chloride) 및 우레탄(Urethane)을 수십 마이크론(μ) 두께로 코팅한 후 약 200℃의 열을 가해 무늬를 새기는 방식으로 온도가 높아 다른 폴리올레핀수지로는 대응할 수 없다.
무늬가 미세할수록 잘 떨어지지 않으나 PMP는 이형성이 뛰어날 뿐만 아니라 PVC 및 우레탄 표면을 보호하는 역할도 수행할 수 있는 강점이 있다.
MCC는 사출성형 분야에서 고무호스용 맨드릴(Mandrel)로도 PMP를 공급하고 있다.
고무호스는 맨드릴 주변을 고무로 굳히고 성형을 완료한 후 맨드릴를 빼내는 과정이 필요하며, PMP는 내열성이 뛰어나 가황공정을 충분히 견딜 수 있고 표면이 매끄러워 쉽게 빼낼 수 있기 때문에 맨드릴 소재로 많이 사용되고 있다.
특히, 자동차 엔진룸으로 연료를 흐르게 하는 고압호스, 포크리프트 등 건설기계의 고압용 호스 제조에 PMP 맨드릴이 필수적으로 투입되고 있다.
최근에는 CFRP 매트릭스가 신규 용도로 주목받고 있다.
PMP는 이미 GFRP(유리섬유 복합소재) 매트릭스수지용으로 실용화되고 있으며 CFRP도 PMP를 활용함으로써 뛰어난 강도, 강성, 내열강성을 부여할 수 있어 개발을 서두르고 있는 것으로 알려졌다.
TPI, 자동차·항공기용 수요신장 기대
TPI(Thermoplastic Polyimide)는 MCC가 개발해 AURUM 브랜드로 생산·공급하고 있다.
유리 전이점이 250℃로 열가소성 수지 가운데 가장 높아 PEI, PES, PEEK(Polyether Ether Ketone)보다 높은 온도영역에서 사용할 수 있으며 슬라이딩성, 치수안정성도 다른 슈퍼 EP에 비해 뛰어난 특징이 있다.
이에 따라 와셔, 실링 등 자동차부품 및 건설기계 기구부품 등에 주로 채용되고 있다.
북미, 유럽, 일본을 중심으로 자동차용 수요가 신장하고 있으며 최근에는 자동차부품 및 건설기계 생산기업이 중국에서 생산을 확대함에 따라 중국 판매량이 증가하고 있는 것으로 알려졌다.
MCC는 항공기 분야를 주목하며 CFRP 매트릭스수지용 개발에 박차를 가하고 있다.
산학관 협력으로 진행하고 있는 전략적 이노베이션 창조 프로그램의 혁신적 구조소재 프로젝트에 참여해 민간 항공기 엔진부품에 사용되는 내충격성·내열성이 뛰어난 프리프레그(Prepreg)용 열가소성 수지를 개발하고 있다.
MCC, 글로벌 시장 공략 가속화
MCC는 TPI 뿐만 아니라 내열 PA(Polyamide), 폴리에스터(Polyester) 등 내열성을 바탕으로 장기 신뢰성에 대응할 수 있는 슈퍼 EP를 공급하고 있다.
변성 PA6T 브랜드 Arlen은 MCC가 세계 최초로 공업화한 소재로 PA의 기본 골격에 방향고리를 도입해 저흡수성, 고기계강도, 고내열성을 부여했다.
전기·전자 분야에서는 커넥터, 스위치 등 뗌납을 함유하지 않은 표면실장부품으로 사용되고 있으며 MCC가 독자적으로 개발한 배합설계를 통해 난연성과 내열성, 성형성 밸런스를 실현하고 있다.
난연제 분산기술을 응용한 비 할로겐(Non Halogen) 그레이드도 라인업하고 있으며 전기·전자 뿐만 아니라 자동차 분야에서 용도 개척에 박차를 가하고 있다.
자동차 영역에서는 엔진 주변의 온도조절장치 케이스 등에 사용되는 금속소재를 대체하고 있으며 와이어하니스 커넥터 등 전장부품에도 채용되고 있다.
자동차부품에는 주로 PA6, PA66가 사용되고 있으나 Arlen 브랜드는 고내열성, 고온강성, 내약품성, 저흡수율 특징을 바탕으로 자동차소재의 고성능 요구에 대응해 수요가 증가할 것으로 예상하고 있다.
MCC는 2013년 고내열 폴리에스터계 수지 PCT(Poly-cyclohexylene Dimethylene Eterphthalate)를 출시해 주로 LED의 백색 반사소재로 공급하고 있으며 빛을 전방으로 내뿜는 기능을 보유하고 있다.
LED는 전기가 흐르면 빛을 발하는 반도체 소자로 소비전력이 적고 수은을 사용하지 않아 친환경적인 관점에서 조명용으로 시장규모가 확대되고 있다.
그러나 최근에는 LED 출력 향상으로 소재가 변색돼 휘도가 저하되는 현상이 발생함에 따라 기존에 사용되던 PA 대신 폴리에스터에 독자적인 배합기술을 추가해 기능을 향상시킨 PCT를 개발했으며 판매 확대를 위해 글로벌 생산체제를 강화하고 있다.
중국에서는 Zhangiiagang 소재 EP 전용 컴파운드 생산설비를 가동하고 있는 가운데 수요 신장에 대비해 2020년 이후 증설을 추진하고 있으며 기술센터에 인재를 배치해 수요처 지원을 신속화할 방침이다.
