전동자동차(xEV)는 연비 향상을 목적으로 소재‧부품의 경량화‧소형화가 가속화되고 있다.
플래스틱은 주로 PP(Polypropylene)가 투입됐으나 금속을 대체하는 경량화 소재로 기계적 강도, 내열성 등이 뛰어난 슈퍼 EP(엔지니어링 플래스틱) 채용이 확대되고 있다.
그러나 정밀한 전자기기가 많은 전동자동차는 전자기기에서 발생하는 전자파 대책이 필수적이며 온도 상승에 대응하기 위해 내열성, 난연성에 대한 요구가 높아지고 있다.
자동차용 소재를 공급하는 화학기업들은 전동자동차에 적합한 소재 개발에 박차를 가하고 있다.
플래스틱, 경량성에 전자파 차폐 성능까지…
자동차에 탑재하는 전장 시스템은 2030년 글로벌 시장이 400조원 수준으로 2019년에 비해 2배 확대될 것으로 예상된다. 
전동자동차에 탑재하는 모터, 프린트기판, 케이블 등 고주파 기기는 연비 향상을 목적으로 소형화, 경량화가 진행되고 있으며 EP가 대표적인 경량화 소재로 투입되고 있다.
EP를 포함한 플래스틱은 휘발유(Gasoline), 경유(Diesel) 자동차에도 금속부품을 대체하는 소재로 채용이 확대되고 있다.
아울러 전기자동차는 연료를 배터리로 대체하고 자율주행을 추구하면서 전자기기 채용을 확대해 100kHz에서 10GHz까지 광범위한 주파수 대역에서 발생하는 전자방해(EMI: Electromagnetic Interference)에 대한 대응이 불가피해지고 있다.
특히, 전동자동차는 더욱 넓은 대역에 대한 제어가 요구되고 있다. 전자파가 자동차 제어 기능에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
화학기업들은 전자기기에서 발생하는 전자파를 방지할 수 있는 소재 개발 및 솔루션 제안에 힘을 기울이고 있다.
일본 Mitsubishi Engineering Plastics(MEP)는 2020년 세계 최초로 전자파를 흡수하는 PBT(Polybutylene Terephthalate)를 개발했다.
플래스틱은 일반적으로 금속과 접합해 전자파를 차단하나 MEP는 독자적인 소재 배합과 분산기술을 활용함으로써 PBT의 전자파 흡수성능을 약 20%에서 최대 78%로 끌어올리는데 성공했고, 금속을 이용한 전자파 차폐가 불필요해져 차체 경량화, 코스트 절감이 가능한 것으로 예상되고 있다.
MEP는 전자파 대책용으로 제안하고 있으며 ADAS(첨단 운전자 지원 시스템), 5G(5세대 이동통신) 등 전동자동차에 탑재하는 전자‧통신기기용 채용 확대를 기대하고 있다.
PBT는 치수안정성, 강도 등 성능 밸런스가 뛰어날 뿐만 아니라 성형가공성도 우수해 자동차부품에 많이 사용되고 있다.
전자파, 부직포‧복합소재 개발로 차단
듀폰(Dupont)은 난연성, 내열성, 초경량이 특징인 전자파 흡수 시트를 개발했다.
아라미드와 탄소로 이루어져 있으며 목적에 따라 무게와 두께를 조절할 수 있고 성능시험을 통해 뛰어난 전자파 흡수성과 노이즈 제거 성능을 확인한 것으로 알려졌다.
탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN) 등 고온에서 작동하는 반도체 디바이스의 전자파 및 노이즈 방지용 등으로 제안할 방침이다.
듀폰은 기능성 플래스틱에 대한 금속표면처리 기술도 개발하고 있다.
PBT에 니켈‧철을 도금한 소재는 마이너스 40도에서 플러스 150도까지의 열사이클 시험을 100회 실시한 결과 초기 밀착성이 유지되는 것으로 확인됐으며 PA(Polyamide), LCP(Liquid Crystal Polymer), PEEK(Polyether Ether Ketone) 등 다양한 플래스틱에 적용할 수 있는 것으로 파악되고 있다.
전해 니켈‧철 합금 도금 프로세스도 새롭게 개발했고, 100kHz에서 1GHz까지 광범위한 주파수 대역에서 뛰어난 성능을 보이는 것으로 알려졌다.
듀폰은 전자파 흡수 시트와 함께 수요처 요구에 따른 다양한 소재 공급에 박차를 가할 방침이다.
쿠라레(Kuraray)는 LCP 멜트블로운(Melt Blown) 부직포 브랜드인 Vecrus 베이스 전도성 부직포를 제안하고 있다. 
Vecrus에 구리, 니켈 등 금속을 입혀 전자파 차폐 성능을 부여한 소재로 폴리에스터(Polyester)에 금속을 입힌 소재에 비해 얇음에도 불구하고 차폐 성능이 뛰어난 것으로 알려졌다. 스마트폰에만 채용되고 있으나 앞으로 자동차용으로 공급을 확대할 방침이다.
JX Nippon Mining & Metal은 동박 베이스 전자파 차폐 소재를 개발했다. 자성 소재와 조합했으며 저주파 대역에서 우수한 차폐 성능을 발휘하고 유연성이 뛰어나 대상물을 다각적으로 차폐할 수 있는 것으로 알려졌다.
토다(Toda Kogyo)는 자동차에 탑재하는 케이블 등에서 발생하는 노이즈 대책용 자성소재 사업을 강화하고 있다. 페라이트시트, 자성시트 등을 공급하고 있으며 자성 플래스틱 복합체는 노이즈 억제기능을 부여할 수 있는 케이블 피복재로 제안하고 있다.
다이도스틸(Daido Steel)은 자기 노이즈 억제 효과가 있는 퍼멀로이(Permalloy) 박을 개발해 투입하기 시작했다. 상대 투자율은 100kHz에서 4800 이상, 1GHz에서 1400 이상으로 세계 최고 수준의 자기 노이즈 억제 효과가 있어 대응이 어렵던 kHz-MHz 이하 대역을 대상으로 제안을 강화하고 있다.
EP, 방열‧내열‧난연성 향상으로 고성능화
전동자동차는 방열성, 내열성, 난연성 소재 등에 대한 니즈도 높아지고 있다.
솔베이(Solvay)는 전동자동차의 금속소재 대체용으로 새롭게 개발한 고성능 PPA(Polyphthalamide) 컴파운드를 제안하고 있다.
유리전이점이 165도에 달해 PA4T, PA6T 베이스 소재에 비해 고온 환경에서 뛰어난 기계적 성능을 발휘해 높은 내열성이 요구되는 전기구동 장치, 모터, 파워 일렉트로닉스, 고내열 커넥터 하우징, 전기‧전자기기, 통신기기 등을 대상으로 시장 개척에 박차를 가하고 있다.
미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical)은 초고방열 절연성 플래스틱 시트를 개발하고 있다.
미츠비시케미칼은 전동자동차에 탑재하는 파워모듈용으로 질화붕소(BN) 필러를 배합한 고방열 절연성 플래스틱 시트를 공급하고 있다. 열저항이 와트당 약 0.36켈빈으로 질화실리콘(SiN) 기판과 동등한 방열성을 발휘하는 것으로 파악되며, 앞으로 열저항이 약 0.32켈빈으로 질화알루미늄(AlN) 수준인 초고방열제품을 투입할 계획이다.
내열성 소재로는 고분자 에폭시(Epoxy) 필름을 개발하고 있다. 유리전이온도 112도, 170도, 209도 그레이드를 개발하고 있으며 모두 내열성, 투명성이 뛰어나고 금속 등 다른 소재와의 밀착성도 우수한 것으로 알려졌다.
쿠라레는 자동차용 커넥터, 고전압부품용으로 내열성 PA9T 브랜드 Genestar를 제안하고 있다.
독자적으로 개발한 원료를 투입해 개발했으며 PA 가운데 가장 뛰어난 저흡수성을 실현해 수요처로부터 높은 평가를 받고 있다. 특히, SMT(표면실장) 커넥터에 리플로우 솔더링(Reflow Soldering)을 실시할 때 내열성이 요구됨에 따라 Genestar를 채용하는 커넥터 생산기업이 급증하고 있으며, 앞으로 소형‧경량화 소재로 제안을 강화할 계획이다.
유니티카(Unitika)는 ADAS용으로 식물 베이스 고내열성 PA인 PA10T 브랜드 Xecot, PAR(Polyarylate)인 U Polymer, 방열 그레이드 PA 등을 공급하고 있다.
특히, U Polymer는 PPS(Polyphenylene Sulfide)에 비해 습도 변화, 흡습에 강한 특징을 바탕으로 자동차 카메라용 공세를 강화할 방침이다.
PP‧OPP, LiB 케이스용 소재로 개발
전동자동차 부품 분야에서는 난연성 대응이 필수적인 LiB(리튬이온전지) 케이스용 소재 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
테이진(Teijin)은 금속과 혼합한 FRP(유리섬유 강화 플래스틱) 베이스 박스 제안에 힘을 기울이고 있으며 Japan Composite은 열경화성 복합소재 사업을 강화하고 있다.
스미토모케미칼(Sumitomo Chemical)은 PP를 투입하고 있으며 도레이(Toray)는 PPS 및 PBT 채용 확대를 위한 연구개발(R&D)을 가속화하고 있다.
자동차용 필름 콘덴서도 내열성이 중요해짐에 따라 OPP(Oriented PP) 필름을 생산하는 도레이, 오지(Oji Holdings)가 차세대제품 개발을 추진하고 있다.
다만, OPP는 성질상 130-140도 이상의 고온에서 사용하기 어려운 단점이 있어 도레이는 내열성이 뛰어난 다른 소재를 적용하는 방안을 검토하고 있고, 오지홀딩스는 슈퍼 EP와 같이 내열성이 뛰어난 소재를 중심으로 PP 대체를 탐색하고 있다.
도레이와 오지가 새로운 소재를 개발하면 필름 콘덴서가 진화할 것으로 기대된다. (J)
