2020. 12. 21
자동차를 비롯해 스마트폰 등에서 중요한 이슈 중 하나는 바로 경량화입니다. 자동차 소재가 가벼워질 경우 더 적은 연료로 운행할 수 있습니다. 스마트폰의 경우 가벼워야 일상생활에서 사용하기가 더 편해지겠죠? 그런 이유로 기술은 끊임없이 더 가벼운 소재를 위해 나아갑니다. 이런 경량화 소재 중 하나로 등장한 게 바로 LFT(Long Fiber Reinforced Thermoplastics)입니다. 기존에 존재하는 높은 비중의 금속 소재 및 값이 비싼 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 소재에 대체하기 위한 후보로 LFT는 가장 매력적인 소재로 꼽힙니다.
LFT는 열가소성 장섬유 강화 복합소재를 뜻합니다. 더 넓은 의미로는 이 소재로 만들어진 제품과 이 소재를 제조하는 기술 등을 뜻하기도 합니다.
기존 단섬유 컴파운딩 복합소재의 경우 탄소 섬유와 플라스틱이 불규칙한 배열로 결합하는 데 반해 LFT는 탄소 섬유와 플라스틱이 한 방향으로 정렬됩니다. 이런 이유로 기존 단섬유 컴파운딩 복합소재가 3~4mm 정도 펠릿 길이 가진 데 반해 LFT는 보통 8~20mm 길이로 만들어집니다. 섬유의 평균 길이가 길기 때문에 외부 충격에도 견디는 힘이 강하고 다양한 디자인으로 제품을 만들기에도 쉽습니다. 또 LFT는 높은 온도와 낮은 온도에서도 소재가 가진 성질이 좀처럼 변하지 않습니다. 금속 소재보다 가볍고 여러 부품을 하나의 부품으로 조립하기에도 쉬운 소재입니다.
이런 장점 덕분에 LFT 시장은 점점 커지고 있으며, 특히 유럽과 북미, 아시아 등지에서 점점 그 규모가 커지고 있습니다.
기존 경량화 재료로 사용된 탄소 섬유 강화 플라스틱의 경우 가볍고 강하지만 생산 비용이 많이 들어 항공이나 우주 등 일부 분야에만 사용되었습니다. 또 한 번 열을 가하면 굳어지는 열경화성 수지라 가공하는 데 시간이 오래 걸립니다. 그에 반해 LFT는 열을 가하면 부드럽게 되어 가공할 수 있고 열을 식히면 가공한 모양대로 굳어지는 열가소성 수지입니다.
LFT는 어떤 분야에 주로 사용될까요? 현재까지 가장 많이 적용되는 분야는 자동차 부품입니다. 자동차의 경우 경량화가 중요한 이슈이다 보니 자동차 계기판(Instrument Panel)과 프런트 엔드 모듈(Front End Module) 등 부품으로 주로 쓰입니다. 그 외에는 드럼 세탁기용 플라스틱 사출물 등에 적용되었습니다. 앞으로 레저 및 스포츠용품을 비롯해 사무기기, 전동기기 부품 등에도 점차 확대하여 적용되리라 기대되고 있습니다.
LFT 사용이 늘어남에 따라 다양한 연구와 투자도 이어지고 있습니다. 어떻게 하면 더 가볍게 LFT를 만들 수 있을지, 냄새를 개선할 방법은 없을지, 표면을 개선할 수 없을지 등을 고민 중입니다. 다양한 기업에서 완성 부품에 구현되는 강화 섬유 길이를 최대로 늘여 강한 성질을 더 높이기 위해 고군분투하고 있으며, 단섬유 대비 섬유 함유량을 줄이고 밀도를 낮추고 있습니다. LFT가 과거보다 점점 외관쪽 부품에도 사용되고 있어 높은 수준의 표면 품질을 보유하도록 제품을 개발할 필요도 있습니다. 더불어 자동차 인테리어 부품으로도 사용되기에 엄격한 자동차 제조사들이 가진 실내 공기에 적합한 소재가 되도록 LFT를 개선해야 합니다.
LFT는 점점 더 매력적인 경량화 소재로 자리 잡을 것이며 LFT가 적용되는 분야도 확대될 것입니다. 이런 흐름에 맞춰 LFT의 특성을 다양화시켜야 하며 소재 기술만이 아니라 디자인 설계 기술, 성형 기술 등이 함께 성장해야 할 것입니다.
또 고함량 섬유 복합소재 개발이 앞으로 시장에 매우 중요하리라 예측됩니다. 미래를 대비하기 위해서는 고함량 섬유 복합소재에 대한 핵심 기술을 끊임없이 상승시켜야 할 것입니다.
내용 출처 : LG화학 테크센터 <폴리머 인사이트> 2018 여름호 P.22경량화 LFT 소재 및 Application
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