사진. 엔발리오

글로벌 고성능 엔지니어링 소재 기업 엔발리오(Envalior)가 전기차 부스바 오버몰딩용폴리페닐렌 설파이드(이하 PPS) 컴파운드 ‘자이트론(Xytron) M5080ET’를 앞세워 전기차 전력 부품용 소재 시장에서 경쟁력을 강화하고 있다.

전기차 파워트레인은 주행 성능과 충전 효율을 높이기 위해 고전압·고전류화되고 있으며, 전력제어장치(PCU)와 전기 구동 액슬 등 주요 부품의 집적도도 높아지고 있다. 이에 따라 부품 내부에서 발생하는 열 역시 증가하고 있으며, 전력 전달 부품에 적용되는 소재에는 기존보다 높은 수준의 내열성과 전기적 안정성이 요구되고 있다.

부스바는 고전압 배터리와 제어장치, 구동계, 충전장치 사이에서 전류를 전달하는 핵심 부품이다. 일반적으로 구리로 제작된 부스바를 전기적으로 절연하기 위해 플라스틱 소재로 오버몰딩한다.

이 과정에서 구리와 플라스틱 사이의 열팽창률 차이가 문제가 될 수 있다. 주행과 충전 과정에서 온도가 급격하게 변화하면 두 소재가 서로 다른 정도로 팽창·수축하면서 플라스틱에 응력이 발생하고, 반복적인 열충격은 응력균열로 이어질 가능성이 있기 때문이다.

엔발리오의 자이트론 M5080ET는 이러한 부스바 오버몰딩의 소재 특성을 고려해 열충격 환경에서의 응력균열 저항성을 높이는 데 초점을 맞췄다.

해당 소재는 유리섬유와 미네랄 혼합물을 50중량% 함유한 내충격 개질 PPS 컴파운드다. 높은 강도와 내열성을 확보하는 동시에 소재 단가 측면에서도 효율적인 부품 설계를 지원할 수 있도록 설계됐다.

특히 용융 흐름 방향과 유리섬유 배향에 수직인 방향에서도 열팽창률이 구리에 근접하며, 고온 환경에서도 이러한 특성이 유지된다. 구리 부스바와 오버몰딩 플라스틱 간의 열팽창 차이를 줄여 급격한 온도 변화에 따른 응력 발생과 균열 위험을 낮추는 것이 핵심이다.

엔발리오에 따르면 자체 시험 결과 영하 50℃에서 180℃까지 온도가 변화하는 열충격 시험에서 자이트론 M5080ET는 유사 PPS 컴파운드 대비 70% 이상 높은 응력균열 저항성을 나타냈다.

또한 용융 선단이 서로 만나 형성되는 웰드라인의 강도도 경쟁 소재 대비 약 17% 높은 수준을 확보했다. 오버몰딩 과정에서 발생할 수 있는 구조적 취약점을 줄여 부스바의 장기적인 기계적 안정성을 높일 수 있다는 설명이다.

전기차 전력 부품에 적용되는 소재는 기계적 특성뿐 아니라 전기적 안전성과 화재 안정성도 충족해야 한다.

자이트론 M5080ET는 미국 안전인증기관 UL(Underwriters Laboratories Inc.)의 UL 94 시험에서 두께 2mm 시편 기준 V-0 등급을 획득했다. 고온 환경에서 난연 성능을 확보하면서 전기차 배터리와 구동계 주변에서 요구되는 안전성을 뒷받침한다.

소재 노화 이후에도 높은 체적저항과 절연내력을 유지하도록 설계됐으며, 고온 환경에서도 전기적 성능 저하를 제한할 수 있다. 또한 낮은 수분 흡수율과 우수한 크리프 저항성을 바탕으로 부품의 치수 안정성을 확보했다.

전기차 부품의 소형화와 집적화가 진행되는 상황에서 치수 안정성은 설계 자유도와도 연결된다. 소재의 변형을 최소화하면 보다 콤팩트한 부품 설계가 가능하고, 오버몰딩 부품의 장기적인 형상 유지에도 유리하다.

엔발리오는 자이트론 M5080ET를 통해 전기차 전력 부품에서 요구되는 내열성, 내충격성, 열충격 저항성, 난연성, 전기 절연성을 동시에 확보하는 소재 솔루션을 제시하고 있다.

특히 영하의 저온부터 150℃ 이상의 고온 환경까지 반복적으로 노출될 수 있는 전기차 부스바의 실제 운용 조건을 고려해 소재 성능을 확보했다는 점이 특징이다. 이미 복수의 고객사로부터 승인을 받았으며, 양산 적용을 위한 다수의 개발 프로젝트도 완료한 상태다.

엔발리오 사업개발 아서 리브(Arthur Rieb) 매니저는 “차량의 전 수명주기에 걸쳐 부스바가 응력균열로 기능이 저하되거나, 이로 인한 단락으로 어셈블리 전체가 고장 나는 상황을 방지하는 것이 목표였다”라며 “열충격 저항성과 웰드라인 강도, 전기적 안전성을 바탕으로 부스바의 긴 수명과 안정적인 성능을 지원할 수 있다”라고 말했다.

전기차의 전동화 수준이 높아질수록 전력 부품의 고전압·고전류 대응 능력과 함께 이를 뒷받침하는 소재 기술의 중요성도 커질 전망이다. 엔발리오는 PPS를 비롯한 고성능 엔지니어링 소재 포트폴리오를 기반으로 전기·전자 및 모빌리티 분야의 고집적·고신뢰성 부품 시장에 대응하며 소재 경쟁력을 지속 강화한다는 전략이다.