화학저널

자동차는 연결(Connectivity), 자율주행(Autonomous), 공유(Sharing), 전기구동(Electrification)으로 대표되는 CASE, MaaS(Mobility as a Service) 트렌드에 따라 기술혁신이 가속화되고 있다.
최근에는 이산화탄소(CO2)를 감축하기 위해 차체 경량화 소재로 합성고무, 엘라스토머(Elastomer)가 부상하고 있다.
경량화 소재로는 범용수지, EP(엔지니어링 플래스틱)가 주로 채용되고 있으나 전동화, 자율주행 기술 발전으로 소재 성능을 고도화하면서 엘라스토머의 중요성이 부각되고 있다.

합성고무, 전도성 소재로 채용 확대
최근에는 전도성 고무가 전압센서, 액추에이터에 새롭게 적용될 것으로 기대되고 있다.
절연재인 고무소재에 부하가 없을 때에는 입자 상태의 전도성 필러를 분산함으로써 접촉이 없는 입자가 가압에 따라 입자끼리 접촉하고 전기저항값이 떨어져 저항값과 하중의 관계를 통해 센싱기술이 생성되는 것으로 파악되고 있다.
액추에이터는 통전에 따른 신축성을 활용한 것으로 일본 Toyoda Gosei와 Sumitomo Riko가 독자적으로 전도성 고무를 개발해 자동차 적용을 추진하고 있다.
Toyoda Gosei가 개발한 e-Rubber(eR)는 고분자 가교부분에 자유이동성을 부여해 독특한 특성을 창출하는 슬라이딩 소재를 도입함으로써 기존제품에는 없는 경량, 고강도, 고내구성, 고출력‧고속응답, 유연성 특징을 부여한 것으로 알려졌다.
최근에는 eR 액추에이터를 촉감공유기술에 응용하는 프로젝트를 추진하고 있다.
촉각에 대한 정보 전달은 운전할 때 필요한 시청각 강화 및 보완을 가능하게 함에 따라 안전성을 향상시킬 수 있는 디바이스에 채용될 것으로 기대되고 있다.
가상현실, 게임 등에 적용함으로써 자동차 실내를 새롭게 연출할 수도 있어 2019년 가을 개최된 도쿄모터쇼2019에서 콘셉트 모델을 선보였다.
Sumitomo Riko가 개발한 Smart Rubber(SR)는 표면처리한 전도성 필러의 형상을 연구해 합성고무와의 배합을 최적화함으로써 고무 특유의 유연성을 유지하면서 반복적인 신장에도 전도성에 변화가 없는 특징이 있다.
Sumitomo Riko는 자체적으로 보유하고 있는 소재설계 및 배합기술을 활용함으로써 용도에 따른 최적의 특성을 창출할 수 있는 강점을 보유하고 있다.
압전센서와 관련해서는 스티어링 터치센서를 개발해 주행할 때 스티어링 휠에 손이 닿았는지 여부를 검사하는 DMS(Driver Monitoring System)에 대한 채용이 결정됨에 따라 2020년 양산을 시작할 계획이다.
SR을 적층함으로써 센서 및 액추에이터 기능을 양립해 암레스트 등을 고기능화하는 기술로도 제안하고 있다.

TPE, 고무 대체소재로 주목
열가소성 엘라스토머인 TPE(Thermoplastic Elastomer)는 고무와 플래스틱의 특징을 모두 보유한 기능성 소재로 가황공정이 불필요하고 플래스틱과 동일한 방법으로 성형할 수 있을 뿐만 아니라 열안정성이 뛰어나 가공범위가 넓고 복합소재를 형성할 수 있는 특징이 있다.
여기에 경량화가 가능해 고무 대체소재로 채용이 확대되고 있다.
자동차 분야에서는 미국, 유럽, 일본에 이어 중국 등 아시아 시장에서도 인지도가 상승하고 있다.
글래스런채널(Glass Run Channel), 표피재에 첨가해 엔진 주변에 사용하는 사례도 증가하고 있다.
대표적인 TPE인 올레핀(Olefin)계 엘라스토머 TPO(Thermoplastic Olefin)는 단순혼합 타입과 고무성분을 부분 또는 완전 가교한 열가소성 엘라스토머(TPV: Thermoplastic Vulcanize) 등이 있다.
TPO는 TPE 가운데 비중이 가장 가볍고 가황고무에 대한 높은 생산성, 대체에 따른 경량화 효과가 뛰어나 자동차 몰딩, 에어백 커버에 필수적인 소재로 투입되고 있으며 세계적으로 에어백 장착률이 상승함에 따라 수요가 확대되고 있다.
미국에서는 자동차 내부에 고급스러움을 부여하기 위해 대시보드, 계기판을 TPO 표피재로 덮는 사례가 증가하고 있으며 고급 승용차 뿐만 아니라 대중적인 자동차에도 채용이 확대되고 있는 것으로 알려졌다.
스타이렌(Styrene)계 엘라스토머 TPS(Thermoplastic Styrene)는 수첨형이 기어노브, 에어백 커버 등 내장표피재를 중심으로 사용되고 있다.
부드럽고 성형가공성이 양호하며 내후성, 내열성‧내한성 균형이 뛰어날 뿐만 아니라 촉감에 따라 고급스러운 느낌을 부여할 수 있는 특징이 있다.
아울러 EP를 첨가하면 플래스틱부품의 제진성이 높아져 흡음 효과를 얻을 수 있어 흡음용으로도 제안되고 있다.

CFRP, 양산모델에 적용 확대
경량화 소재로 가장 주목받고 있는 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 생산시간이 길고 코스트가 높아 생산대수가 한정된 고급 승용차에만 적용했으나 최근에는 소재 및 제조공법 개발로 양산 자동차에 적용하는 움직임이 본격화되고 있다.
도요타(Toyota Motor)는 2017년 CFRP를 플러그인하이브리드자동차(PHV)인 Prius PHV 모델의 백도어 골격에 채용했다.
양산모델에 CFRP를 적용한 것은 세계 최초이다.
탄소섬유는 양산 자동차에 대량으로 채용하기 위해 생산성 향상 및 증산, 복합소재 성형시간 단축 등을 통한 코스트 다운이 요구되고 있다.
이에 따라 저가에 가공하기 쉬운 열가소성 수지를 이용한 CFRP인 CFRTP(Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic) 개발이 진행되고 있다.
GM(제너럴모터스)은 2019년 5월 테이진(Teijin)이 개발한 CFRTP를 픽업트럭 2개 차종에 투입했다.
2017년에는 일본 나고야(Nagoya)대학의 내셔널컴포짓센터가 LFTD 프로세스로 자동차용 섀시 생산에 성공하는 등 열가소성 수지를 이용한 CFRTP 성형기술이 다양해지고 있다. (J)