최근 자동차 산업은 에너지 절감과 친환경을 고려한 화학소재 이용에 관심을 기울이고 있다. 차체를 가볍게 하면서도 저가의 소재로 고급스런 느낌을 낼 수 있는 다양한 화학소재의 활용은 미래의 자동차 산업을 위한 이슈가 되고 있으며 선진국을 중심으로 자동차 내장의 화학 소재화는 이미 피해갈 수 없는 흐름이 되었다. 본문에서는 훌륭한 자동차 내장재로 주목받고 있는 화학소재들의 특성에 대해 살펴보고자 한다.

Ⅰ. 서론

자동차에 있어 경량화는 최근 큰 이슈이지만, 자동차 내장부품의 경우는 대부분이 화학소재로 이루어져 있으므로 경량화보다는 친환경 소재에 대한 관심이 높아지고 있으며, 더 중요한 것은 저가의 소재로 얼마나 고급스런 느낌을 나타낼 수 있는가 하는 것이다.

자동차 내장부품들의 경우 매우 많은 종류의 부품들이 조립되어 있다. 이러한 자동차 내장 부품은 경량화 측면에서 일반적으로 사용되는 부품 소재의 보강재인 Talc를 중심으로 하는 필러를 나노소재로 바꾸어 함량을 1/4이상 줄이거나, 구성 물질의 조직 형상을 발포하거나, 부품 디자인 변화를 통해 동등 이상의 가벼운 부품을 만드는데 주력하고 있다.

한편, 친환경 소재 측면에서는 재활용과 휘발성 유해유기물이 배출되지 않는 소재의 선정과 제조 및 공급이 관심이다. 특히, 바이오 소재의 개발이 중점적으로 진행되고 있으며, 휘발성 유해유기물의 발생을 억제하거나 발생물질을 정화하는 데에도 많은 노력을 기울이고 있다.

Ⅱ. 자동차 내장부품의 소재별 분류

본 연구에서는 국내에서 생산되는 7종의 차량을 선정하여 배기량에 따라 소형, 중형, 대형으로 분류했으며, 이 차종들의 실내 Instrument Panel Flame, Door Trim 등을 입수하여 각 부품의 특성을 비교했다. 차종과 적용 소재의 비교해보면 Map Pocket 부품의 경우 대형 차종은 ABS 수지를, 중형은 변성PP, 소형은 Talc가 보강된 PP를 적용했다. 같은 기능의 부품에 소재가 다른 것은 화학소재의 가격에 많은 영향을 받기 때문으로 풀이된다. 특히 차종 전체로 보면 소재 비중 1.0 미만의 부품은 소형 33%, 중형 45%, 대형 10%로 대형차량의 경우 적은 내장 부품에서는 경량화율이 상대적으로 낮게 나타났다. 그러나 중형과 소형에서는 작은 부품 하나에서도 경량화를 고려하고 있는 것을 볼 수 있었다.

1. PP(Polypropylene)

폴리프로필렌은 폴리에틸렌분자 사슬의 탄소에 하나씩 걸러 메틸기(-CH3)가 붙은 것이며, 규칙적으로 짧은 가지가 달린 형태를 하고 있다. 성형성이 우수하고 경제적인 가격으로 활용 범위가 넓은 것이 특징이다. 비중은 0.92로서 현재 있는 플라스틱 중에 가장 가벼우며, 용해 온도도 135∼160℃로 응용범위도 넓다. 그러나 착색하기 힘든 것과 열이나 빛에 조금 약하다는 결점을 가진다.

일반적으로 자동차 내장재 중 가장 많이 쓰이는 소재로 소형차량부터 중형, 대형차량까지 다양한 부품에 적용되고 있으며 최근에는 결점을 보완하기 위해 변성PP를 적용하는 경우도 늘고 있다. 분석에 의하면 PP의 경우 차종별로 다소 차이는 있으나 Center Panel, Nozzle Assy, Map Pocket, Panel Assy Upper Trim, Garnish 등에 주로 적용되고 있었다.

2. PE(Polyethylene)

폴리에틸렌은 열가소성 플라스틱의 하나로 가볍고 유연하며, 왁스와 같은 느낌이 난다. 공업 재료부터 일용 잡화까지, 생활의 구석구석에서 사용되고 있는 범용 플라스틱으로, 병·포장재·전기절연체로 많이 사용된다. 특히 석유화학공업에서는 범용 플라스틱의 대표적인 존재로 각광을 받고 있다.

폴리에틸렌은 제조방법 및 성능에서, 고압법 폴리에틸렌(저밀도 폴리에틸렌 혹은 연질 폴리에틸렌)과 중저압 폴리에틸렌(고밀도 폴리에틸렌 또는 경질 폴리에틸렌)으로 크게 나뉘지만, 현재는 중저압법에 의한 저밀도 폴리에틸렌의 제조도 가능하게 됨에 따라 이러한 구분은 점차 희미해져가고 있다.

자동차 내장부품에서 PE소재는 HDPE를 비롯해 Duct Assy, Hose Assy, Hose Side, Door 등에 사용되고 있다.

3. ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)

ABS는 아크릴로나이트릴·부타다이엔·스타이렌의 세 성분으로 이루어진 스타이렌 수지로 가공하기 쉽고, 내충격성이 크며, 내열성이 좋아 자동차 부품·헬멧·전기기기 부품 등의 금속 대용으로 쓰인다.

제조법은 아크릴로나이트릴과 부타다이엔의 혼성 중합체 및 스타이렌과 부타다이엔의 혼성 중합체를 혼합하는 것이 일반적이며, 그 결과로 각 혼성 중합체의 성질을 동시에 갖는 혼합 수지를 얻게 된다. 혼성 중합체의 성분 조합이 다르면 제품 성능도 미묘하게 변화하므로 용도에 따라 조합을 조절하여 적용분야에 맞는 소재를 제조할 수 있다.

자동차 내장재로는 Pull HDL, Door Trim, Garnish, Front Panel Trim 등의 부품에 ABS 수지가 사용되고 있다.

4. PC/ABS(Polycarbonate/ Acrylonitrile Butadiene Styrene)

ABS 수지의 장점인 가공성, 저온 내충격성, 도금성 등과 PC 수지의 우수한 기계적 특성, 내열특성(열변형 온도), 전기적 특성 및 치수 안정성 등이 고려된 혼합 화합물이다.

이 물질은 자동차, 전기/전자제품들의 기능성 부품에서부터 외장재에 이르기까지 다양한 용도에 사용할 수 있는 소재로 각광받고 있다.

ABS의 우수한 성형성에 PC를 혼합하면 치수 안정성과 뒤틀림 방지 등의 효과가 뛰어난 한편, 내후성 측면에서는 PC의 특성이 나타나 매우 우수한 혼합 화합물이 된다.

이는 자동차 부품 중 Cluster Upper Core, Crash Pad Upper, Center Panel 등 부품의 Core 부분과 소형 도장 부품의 적용범위를 가지고 있다.

5. PET(Polyethylene Terephthalate)

PET는 열가소성 플라스틱의 하나로, 가벼운 특성을 가지고 있어 생활용품·장난감·전기절연체·라디오와 텔레비전 케이스, 포장재 등에 흔히 쓰인다.

또한 일반적으로 유통되는 플라스틱 음료수병의 대부분을 차지하고 있으며, 자동차 부품으로는 부직포 형태로 Package Tray에 주로 사용되고 있고, Cluster 부품의 Skin재로 활용되기도 한다.

6. 기타

그 외에 자동차 내장 부품으로 활용되는 제품들로는 PUR(Polyurethane), TPO(Thermoplastic Olefin), PVC (Polyvinyl Cholide), Woodstock, Wood Paper 등이 있다.

Ⅲ. 결언

자동차에는 다양한 부분에서 화학소재가 사용되고 있다.

특히 최근에는 경량화 움직임으로 기존의 금속소재를 사용했던 부분까지도 화학소재로 바꾸고자 하는 노력이 이루어지고 있으며, 그 결과 플라스틱 소재의 자동차 적용비율이 점진적으로 늘어가고 있는 실정이다.

본 연구 결과에 따르면 일반적으로 대부분의 부품이 PP소재를 적용하고 있었다. 이러한 PP 소재는 Talc, EPR 등을 혼합하고 복합소재의 형태로 사용되거나, 변성 PP를 이용해 다양한 성능을 보강했다. ABS의 경우 대형 차종에 많이 사용됐으며, 소/중형 차량의 소형부품에도 일부 적용되고 있었다.

PC/ABS는 도장 성능이 우수한 특성 때문에 그 함량을 조절해 각 차종의 금속감을 요구하는 도장부품에 사용되고 있었다. PET는 대부분 Package Tray에, PUR은 Foam 형태로 Skin과 Core의 중간부위에 적용되었으며, Woodstock, Wood Paper가 Inner Panel에 사용되었다.

한편 자동차 내장재에 쓰이는 화학소재는 경량화와 친환경성 외에도 많은 문제를 해결할 수 있는 소재로 각광받고 있는데, 특히 최근에는 감성을 요구하는 내장 소재의 특성에 따라 감촉, 색감, 냄새 등의 기능을 높이기 위한 노력이 활발히 진행되고 있다.