지구 온난화로 인한 환경오염이 최고의 이슈로 떠오른 시대입니다. 세계 각국 정부는 지구 온난화 방지를 위해 온실가스 배출을 줄이고 석유의존도를 낮추기 위해 자동차의 연비 효율 및 배기가스 규제를 강화하고 있는데요. 이에 자동차 업계도 최대 격변기를 맞이하였습니다.
자동차 기업은 자동차 성능을 향상시키기 위한 기술 개발보다는 최적화된 설계 및 부품성능 극대화로 부품수 감소, 고장력강, 알루미늄, 마그네슘, 플라스틱 등 경량 대체 소재를 적용하고, 발포 플라스틱 활용 등 연비 효율과 자동차 경량화를 위한 기술 개발에 집중하고 있습니다.
이중 발포 플라스틱은 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등 차세대 자동차를 위한 경량화 소재로 각광 받고 있습니다. 자동차의 효율과 연비, 출력을 보장해주어 환경오염 감소의 핵심인 ‘경량화 기술’에 큰 도움이 되기 때문입니다.
발포 플라스틱(Foamed plastics)이란 플라스틱에 탄산수소염 아조화합물 또는 기타 발포제를 첨가해 가열, 성형한 플라스틱을 말합니다. 입자를 자세히 들여다보면 다공질 형상, 스폰지처럼 조밀한 구멍이 모여 이루어져 있는데요. 가벼움, 단열성, 흡음성, 완충성 등 플라스틱이 가진 장점을 증대시킨 기능성 복합소재라고 할 수 있습니다.
발포 플라스틱은 금속에 비해 무게가 4분의 1수준에 불과하지만 강도는 높아 다양한 외장재와 내장재로 쓰이고 있습니다. 가격이 저렴해 식품 트레이, 완충제부터 근래에는 전기전자 부품, 자동차 부품, 의료 재료 등으로 용도가 확대되고 있죠. 특히, 가벼우면서도 내구성을 확보할 수 있어 도어 패널, 헤드라이너, EVA 시트, 시트 백 등 다양한 자동차 내부 소재로 각광 받고 있습니다.
발포 플라스틱은 특정한 압력, 온도, 시간 등의 조건 하에 기체를 발생시키거나 팽창해 고무나 플라스틱을 비롯한 매트리스 중 기포를 형성시키는 발포제와 고무, 고분자 수지, 오일 등의 첨가제를 활용해 제조됩니다.
크게 화학 발포제와 물리 발포제를 통해 제조되는데, 화학 발포제는 유기, 무기 발포제로 구분됩니다. 화학 발포제는 열에 의해 화학적 분해가 일어나고 분해 물질 중 가스 물질에 의해 수지 속 기공을 형성하는 물질이고, 물리 발포제는 화학적 분해나 구조 변화가 일어나지 않고 물리적 변화 혹은 부피 변화가 일어나면서 기공을 형성시키는 방법으로 가스형과 팽창형으로 다시 분류됩니다. 물리 발포제는 압축 가스의 해압 또는 증발성 액체의 기화 등 물리적 변화를 응용해 성형품을 만드는데, 최근에는 발포 조제를 조합해 다양한 성형법에 대응할 수 있는 복합 발포제가 제조, 사용되고 있습니다.
발포 플라스틱은 1990년대 말부터 일본을 중심으로 자동차 내·외장 부품들에 적용시키는 기술이 활발하게 개발되어 왔습니다. 최근에는 발포 플라스틱의 전통적 특성인 경량성, 완충성 및 방음성 외에 기능성 첨가제를 통해 한 개의 소재를 이용해 여러 기능성을 발휘하는 다기능성 복합소재로의 연구가 일본, 유럽 등지에서 활발히 진행되고 있는데요.
발포 플라스틱 시장 현황 자료 및 관련 업체 조사 결과에 따르면, 전체 시장은 연평균 2.1% 정도로 완만히 성장하고 있으며 이중 자동차 관련 발포 플라스틱 시장은 전자파 차폐, 방열, 정전기 방지 등의 다기능 복합소재 등의 개발을 통해 2020년까지 연평균 성장률 30%, 2020년 이후에는 연평균 20%의 고성장이 예측되고 있습니다.
실제로 포드, 아우디, BMW 등과 같은 자동차 업체에서는 종전엔 금속으로 만들었던 차량의 내·외장 부품을 발포 플라스틱을 포함한 고성능 플라스틱으로 대체하고 있는데요. 국내에서는 현대차에서 친환경 자동차를 중심으로 경량 소재를 적용해 연비 절감 효과를 기대하고 하고 있으며, 일부 차량 도어내장재에 발포사출 제품을 적용해 판매하고 있습니다.
탄소 배출을 줄여주고 연비 효율성을 높여 에너지 절감을 돕는 발포 플라스틱 소재는 이제 글로벌 자동차 기업의 필수 재료가 되고 있습니다. 앞으로 다기능성 발포 플라스틱은 자동차 산업의 경쟁력을 통해 새로운 신선장 동력이 될 것으로 예측됩니다.
내용 출처: LG화학 테크센터 <폴리머 인사이트> 2016 가을호 P.18 자동차용 발포플라스틱
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