통상적인 플라스틱에 비해 높은 내구성, 내열성과 뛰어난 전기전열성으로 각광받는 엔지니어링 플라스틱 시장은 최근 진보하는 모빌리티 시장 역학에 비례하며 급속도로 성장하고 있다. 효율적인 연비, 차량의 경량화, 탄소감축이 미래 모빌리티의 청사진이 되면서 이를 구현하기 위해 엔지니어링 플라스틱은 미래 자동차의 필수적인 요소로 자리매김했다. 때문에 대한민국 자동차 부품 업체들은 공격적으로 엔지니어링 플라스틱의 연구개발을 진행해야 한다.

성장하는 엔지니어링 플라스틱 시장
최근 미국에서 엔지니어링 플라스틱 시장은 자동차 부품 업계의 미래 먹거리이자 차량 경량화 핵심 소재로 꾸준한 성장을 이어가고 있다.
건설 현장에서부터 일상생활 속 가전제품 및 식품 용기까지 다양하게 사용되는 엔지니어링 플라스틱 소재 혁신을 거듭하고 있다. 특히, 자동차 업계에서는 엔지니어링 플라스틱을 사용한 차량 경량화를 통해 탄소 배출을 줄이는 데 일조하고 있으며 미래 모빌리티 및 친환경 자동차 개발을 가능케 하는 복합 소재로 각광받고 있다.

엔지니어링 플라스틱 개요
엔지니어링 플라스틱은 금속을 대체할 수 있는 고성능 플라스틱으로 강도와 탄성이 높고 100℃ 이상의 고열에서도 견딜 만큼 내열성이 우수하다. 다섯 가지 중요한 엔지니어링 플라스틱에는 폴리아미드(Polyamide), 폴리아세탈(Polyacetal), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 열가소성 폴리에스테르(Thermoplastic Polyester), 플루오르폴리머(Fluoropolymer)가 있다
통상적으로 사용되는 엔지니어링 플라스틱은 강도와 탄성뿐 아니라 ▲내충격성 ▲내마모성 ▲내열성 ▲내한성 ▲내약품성 ▲전기전열성이 뛰어나 생활용품, 전기·전자 제품, 항공기 구조재 등 여러 분야에서 활용된다. 엔지니어링 플라스틱에 속하는 소재는 유리섬유나 탄소섬유를 보강제로 삼아 능력을 더욱 끌어올릴 수 있다.
 
시장규모
전 세계적으로 엔지니어링 플라스틱의 시장 규모는 급속히 성장하고 있다. 시장조사기관 Statista에 따르면, 2018년 엔지니어링 플라스틱의 글로벌 시장 규모는 약 810억 달러였으나 연평균 7.2%의 복합성장률을 보이며, 2023년에는 1,151억 달러까지 성장할 것으로 전망됐다. Statista는 이 같은 엔지니어링 플라스틱 시장의 성장은 주로 자동차 및 운송 부문, 커텍티드 차량 및 차량 경량화 등 응용 분야 수요 증가에 기저를 두고 있다고 설명했다.

또한 시장조사기관 MarketsandMarkets은 북미 엔지니어링 플라스틱 시장의 경우 지난 2022년부터 2027년까지 연평균 4.83%의 성장률을 보일 것이라고 발표했다. 특히 규모와 성장률 면에서 자동차 및 수송 분야가 2027년 시장 규모 약 84억 7,200만 달러로 가장 큰 규모로 성장할 것으로 전망했다. 이어 가전제품은 약 72억 4,200만 달러, 전기·전자기기는 약 57억 1,400만 달러, 산업과 장비 21억 2,400만 달러, 포장은 15억 1,500만 달러 순으로 조사됐다.

북미 엔지니어링 플라스틱 시장 규모(단위 : US$ 백만) /자료. MarketsandMarkets

소재마다 다양한 산업에 사용
소재별 규모를 통해 미국 시장에서 가장 많이 사용되는 엔지니어링 플라스틱 소재를 알아보자. MarketsandMarkets의 통계에 따르면, 자동차 업계에서는 주로 사용되는 폴리아미드의 시장 규모가 가장 큰 것으로 조사됐다.

2022년 폴리아미드 시장 규모는 약 34억 7,100만 달러였으며, 연평균 4.19% 성장률을 보였다. 2027년에는 약 43억 6,900만 달러 규모까지 성장할 것으로 예측됐다. 연평균 성장률로 봤을 때는 폴리아세탈이 5.71%로 가장 높았고, 이어 플루오르폴리머(5.41%), 폴리아미드(4.71%), 폴리카보네이트(4.31%), 열가소성 폴리에스터(4.21%), ABS(4.19%) 순으로 집계됐다.'

주요 엔지니어링 플라스틱 소재별 특징
미국에서 자주 사용되는 주요 엔지니어링 플라스틱 소재별 특징을 살펴보자. 자동차 산업에서 가장 많이 사용되는 폴리아미드는 약자인 ‘PA’로 불리며 오래된 합성 고분자 소재로 인장강도, 굴곡 강도, 굴곡 탄성률 등의 기계적 강도가 매우 우수하다. 이 때문에 자동차 엔진, 공조, 연료 부품 등에서 금속의 우수한 대체 소재로 각광받아 그 수요가 증가하고 있다.

또한 볼트나 너트, 베어링 등 작은 기계부품부터 고내열이나 고강성이 요구되는 파워트레인 부품에 주로 사용된다. 브레이크, 페달, 엔진 실린더 하드커버에도 사용되기에, 현재 모빌리티를 비롯한 미국의 다양한 산업에서 그 수요가 증가하는 추세다.

‘PC’로 불리는 폴리카보네이트는 철보다는 가볍지만 내구성과 강도는 강화유리의 약 150배, 일반 유리의 약 250배에 달한다. 내열성과 내한성 역시 뛰어나 온도 변화에 영향을 받지 않으며, 파손돼도 파편이 흩어지지 않아 자동차 외장재부터 건축물 자재, 핸드폰을 비롯한 전자제품, 식품 용기, 안경, 여행용 가방, TV 등 안정성이 필요한 다양한 분야에 사용된다.

열가소성 폴리에스테르는 열을 가했을 때 유연해지고 온도를 더 올리면 녹고 온도를 낮출 경우 고체 상태로 돌아가는 고분자 성분의 플라스틱이다. 이러한 특징 때문에 사출성형, 압축성형, 칼렌더링 및 압출성형과 같은 여러 가공 방법에 의해 플라스틱 성형물 가공이 가능하다.

하지만 화학 약품이나 외부 스트레스에 대한 저항성이 열약해 사용에 제한이 있다.
‘POM’으로 불리는 폴리아세탈은 충격에 강하며 기계적 성질이 뛰어나다. 또한 높은 내열성과 마모, 마찰계수가 작아 자동차용 와이퍼, 기어, 카브레이터 부품 등에 사용된다. 또한 기계 부품 중 기어, 바인더, 롤러, 펌프, 팬, 히터 팬 등에 사용되며 모터 부품이나 스위치, 테이프 레코더 기판 등 전기 부품에도 활용된다.

플루오르폴리머는 높은 내구성과 우수한 수증기 차단성이 특징인 소재로 반도체 씰과 같은 개스킷에 그 수요가 높다. 무선 주파수용 동축 케이블, 항공기 배선과도 같은 전기, 베어링 씰 등 기계산업, 라인이 있는 파이프 및 피팅등 화학 분야에 응용된다.

미래 모빌리티 핵심 소재 각광
내열성이 강한 엔지니어링 플라스틱은 연비와 이산화탄소 감축에 기여하고 차량 경량화 실현에 필수적 소재이기에 미래 모빌리티 핵심 소재로 각광받고 있다.

특히, 차량 경량화에 대해 한국과학기술정보연구원인 신차 등록 800만 대(일 평균 50㎞ 주행, 평균 연비 12㎾/ℓ)를 대상으로 연구한 결과, 자동차 무게가 약 10㎏ 감량됐다고 가정하면, 연비는 2.8% 향상되고 온실가스는 4.5% 감소했으며, 질소산화물도 8.8% 감소했다.

이는 하루 16ℓ의 연로 절감과 20만ℓ의 온실가스 효과를 가져오는 셈이다.
업계 전문가들은 “전기차의 배터리 무게가 주행거리에 큰 영향을 미치는 데 엔지니어링 플라스틱을 전기차와 수소차 등에 사용하면 무게를 최대 50%까지 줄일 수 있다”라고 강조한다.

플러그인 하이브리드 전기차에 사용되는 엔지니어링 플라스틱 부품 예시 / 자료. U.S Department of Energy

시사점
엔지니어링 플라스틱은 전기차 시대 도래와 맞물려 자동차 부품 업계의 유망한 미래 먹거리로 부상하고 있다. 전 세계적으로 탄소 감축이 화두가 됨에 따라 자동차 업계에서는 온실가스 배출과 연비 효율에 밀접한 연관이 있는 차량 경량화가 미래 모빌리티 산업의 중요한 이슈로 떠오르고 있기 때문이다.

차량 부품 경량화를 이루기 위한 가장 쉽고 빠른 방법은 ‘엔지니어링 플라스틱 사용’이라고 업계 전문가들은 강조하고 있다. 이 때문에 글로벌 자동차 업계 트렌드와 맞물려 화악 업계가 연구 개발을 거듭하며 주목하는 엔지니어링 플라스틱 시장 진입을 위해 한국 중견 자동차 부품 업체들의 공격적인 M&A 와 동맹을 통한 연구개발이 필요한 시점이다.