폴리머 인사이트 #15 자동차의 첫인상을 완성하는 엔지니어링 플라스틱, 헤드램프 베젤용 PBT
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화학이야기

폴리머 인사이트 #15 자동차의 첫인상을 완성하는 엔지니어링 플라스틱, 헤드램프 베젤용 PBT

2019년 4월 15일

폴리머 인사이트 #15 헤드램프 베젤용 PBT

자동차의 ‘눈’이자 ‘아이덴티티’를 부각시키는 ‘헤드램프’

자동차를 선택할 때 디자인은 매우 중요한 기준이 됩니다. 그 중에서도 자동차의 ‘눈’ 역할을 하는 헤드램프는 자동차의 첫인상을 좌우하는데 큰 역할을 합니다. 어두울 때 빛을 비춰주어 자동차의 시야를 확보하는 중요한 기능을 하는 헤드램프는 전면에 배치되어 자동차 고유의 스타일을 완성해 줍니다.

그 중에서도 베젤은 헤드램프의 테두리 부분인데요. 내부의 빛을 배분하는 역할을 맡고 있기에 일반 플라스틱보다 우수한 고기능성 엔지니어링 플라스틱 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate, 이하 PBT)가 사용됩니다. 이번 폴리머 인사이트에서는 헤드램프 베젤에 사용되는 PBT 소재를 소개하고자 합니다.

헤드램프 ‘베젤’에 엔지니어링 플라스틱이 필요한 이유

자동차의 아이덴티티를 부각시키는 헤드램프는 하우징, 베젤, 렌즈, 리플렉터 이렇게 네 가지로 구성되어 있습니다. 램프의 테두리를 담당하는 베젤의 역할은 무척 중요합니다.

베젤은 램프 내부의 빛을 배분

베젤은 램프 내부의 빛을 배분시키는 역할을 합니다. 따라서 이 베젤에 사용되는 소재는 램프에서 방출되는 높은 열을 견딜 수 있어야 하고, 높은 충격을 견디는 강도, 고광택 등의 까다로운 성능이 요구됩니다. 일반 플라스틱보다 우수한 고기능성 엔지니어링 플라스틱 PBT가 필요한 이유입니다.

엔지니어링 플라스틱 PBT란?

PBT소재는 자동차의 금속 부품을 대체하는 플라스틱 중 하나입니다. 자동차 외장재에 폭넓게 사용되고 있는 엔지니어링 플라스틱입니다. 엔지니어링 플라스틱(Engineering Plastic, EP)이란 일반 플라스틱에 비해 강도가 높고 가벼워 자동차, 전자 부품 등의 산업용 소재로 사용되는 소재를 말하는데, PBT는 주로 전기 전자 부품을 비롯해 자동차의 헤드램프 베젤(Head Lamp Bezel) 등 라이트용 부품 등에 사용됩니다.

폴리부틸렌 테레프탈레이트

PBT 는 열가소성수지지만 녹는 점이 높습니다. 150°C의 열에도 꿈쩍하지 않는 열 저항능력을 가졌으며 강도와 내마모성이 매우 강합니다. PBT 수지는 성형성은 물론 물리적, 화학적, 전기적 특성이 우수해 커넥터, 릴레이, 스위치 등 전기·전자 부품의 외관 소재로 널리 사용됩니다. 특히 최근에는 더욱 강화된 특화 소재가 인기를 끌고 있습니다.

광원의 변화에 따라 진화하는 PBT

램프 디자인은 심미성뿐만 아니라 내열성도 중요한 요인 중 하나입니다. 램프 광원의 종류에 따라 부품에 필요한 소재 특성이 달라지게 됩니다. 광원은 할로겐 광원, 제논(HID)과 더불어 최근에는 LED 광원이 적용되고 있습니다. 램프의 신기술 개발은 시간이 지날수록 그 기간이 짧아지고, 어떤 광원을 사용하느냐에 따라 램프 내 발열 온도가 달라집니다. 따라서 다양한 전장 부품에 사용되는 소재의 내열성은 높을수록 유리합니다. 베젤에 적용되는 PBT 소재 또한 고내열 특성이 요구되고 있습니다. 이에 발맞춰 PBT보다 더 강한 내열성과 성능을 지닌 PBT 소재가 개발되어 사용되어 눈길을 끕니다.

PBT보다 더 강한 PBT 소재

보다 뛰어난 폴리부틸렌 테레프탈레이트

PBT보다 더 뛰어난 고기능성 PBT 소재는 어떤 소재일까요? PBT를 베이스로 다른 소재와 합금한 엔지니어링 플라스틱입니다. PBT수지에 난연성과 전기적 안정성까지 가미한 기술 집약체로 ‘자동차 경량화’에 쓰이는 플라스틱인데요. PBT를 베이스로 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), ABS(아크릴로나이트릴, 뷰타다이엔, 스타이렌 이 세 성분을 중합해서 얻어지는 공중합체) 등과 같은 다양한 소재와 합급해, 다양한 특성을 발현합니다. 무게는 가볍지만 금속만큼 튼튼하고 상대적으로 가공성이 뛰어납니다. 여기에 유리섬유나 탄소섬유를 첨가하면 더 가볍고 더 강한 고성능 복합소재로 업그레이드 됩니다.

고기능성 PBT 소재, 헤드램프 베젤 생산법

고기능성 PBT 소재로 헤드램프 베젤을 생산하는 방법은 크게 ‘언더코팅’과 ‘다이렉트 증착’이 있으며 어떤 생산 과정을 거치느냐에 따라 기능성이 달라지게 됩니다. 언더코팅은 PBT 소재로 사출한 베젤 표면에 프라이머 코팅 후 알루미늄으로 증착(금속을 고온으로 가열, 증발시켜 그 증기를 물체에 부착)하는 방법입니다. 언더코팅 방법은 국내시장에서 과거에 사용하던 방법입니다.

헤드램프 베젤 생산법

‘다이렉트 증착’ 방법은 중간 프라이머 코팅 단계를 건너뛰고 바로 알루미늄 증착을 하는 방법입니다. 따라서 PBT 소재의 베젤 사출 표면이 그대로 눈에 보이기 때문에 다이렉트 증착용 베젤은 표면 품질 및 고광택 특성이 중요합니다.

다이렉트 증착을 거친 고기능성 PBT 소재는 각 특성에 맞는 적절한 성능을 지닌 총 6개의 그레이드로 나눌 수 있습니다. 소재의 유동성이 뛰어난 고기능성 PBT 소재는 점점 더 정교한 베젤 디자인을 구현하기를 원하는 추세에 잘 맞아 국내뿐 아니라 해외에서도 각광받고 있습니다.

부품을 넘어 자동차 친환경화를 이끄는 하이테크 플라스틱

고기능성 PBT 소재와 같은 하이테크 플라스틱은 헤드램프 베젤뿐만 아니라 다양한 자동차 부품에 사용되고 있습니다. 기존 철강 소재보다 가벼우면서도 충분한 강도를 가졌기 때문입니다. 기술의 집약체로서의 플라스틱은 ‘자동차 경량화’에 앞장서고 있습니다.

고기능성 PBT 소재와 같은 하이테크 플라스틱은 다양한 자동차 부품에 사용되며 '자동차 경량화'에 앞장서고 있습니다.

금속 대신 플라스틱을 사용하면 차량의 무게가 현저히 가벼워지고 직접적인 연비 개선으로 이어져 환경 보호에도 큰 역할을 할 수 있습니다. 실제로 자동차 무게가 100kg 줄어들면 100km당 연료 0.5ℓ 절약, 1km당 이산화탄소 배출량은 10g가량 줄어든다는 연구 결과가 있습니다.

하이테크 플라스틱은 차세대 친환경차 개발과 맞물리면서 더 빠르게 확산되고 있습니다. 플라스틱은 가볍지만 깨지기 쉬운, 혹은 환경의 적이라는 기존 통념을 점점 바뀌가는 것입니다.

내용 출처 : LG화학 테크센터 <폴리머 인사이트> 2017 여름호 P.24 ‘헤드램프 베젤용 PBT, LUPOX GP1000DS 시리즈 소개’ (Auto TS&D 2팀)

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