지난 3월 스위스 제네바 모터쇼에서는 세계 유수의 자동차 메이커들 외에도 두 개의 특별한 업체가 완성차를 출품해 눈길을 끌었다. 바로 세계적인 플라스틱 제조업체인 GE플라스틱과 바이엘머티리얼사이언스였다.

GE플라스틱은 현대자동차와 함께 차체 각 부위에 90㎏의 엔지니어링플라스틱(EP)을 적용한 CUV(Crossover Utility Vehicle) ‘카르막(QarmaQ)’을 내놓았고, 바이엘은 스위스의 튜닝 및 스페셜 차량 개발 업체 린스피드와 손잡고 차체 전부를 투명 폴리카보네이트(PC) 소재인 마크롤론(Makrolon)으로 뒤덮은 ‘속 보이는’스포츠카 ‘엑사시스(eXasis)’를 선보였다.

이들은 플라스틱 소재가 일부 내장 부품의 한계를 벗어나 차체 외장을 구성하는 강철과 유리의 영역으로 확대됐다는 점에서 자동차 업계의 트랜드 변화를 예고하는 신호탄으로 받아들여지고 있다.

‘카르막’과 ‘엑사시스’는 아직은 컨셉트카에 불과하지만 빈껍데기가 아닌 실제로 도로를 달릴 수 있는 차량들이다. 장기적으로 이들 차량에 적용된 기술을 양산 차량에 적용하고, 금속 부품 대체율을 확대해 나가겠다는 게 GE플라스틱과 바이엘의 야심이다. 이른바 ‘자동차 철기시대의 종말’을 예고하고 있는 것이다.<편집자 주>

자동차 부품에서 금속을 플라스틱으로 대체함으로써 얻을 수 있는 효과는 차량 무게 감소를 통한 연비절감은 물론, 다양한 디자인 구현, 생산공정의 단순화를 통한 생산비용 절감 등 여러 가지를 꼽을 수 있다.

자동차에 사용되는 대표적인 플라스틱은 범용수지로는 PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌), PU(폴리우레탄), PVC(폴리염화비닐), ABS(아크릴로니트릴부타디엔스타이렌) 등이 있으며 엔지니어링플라스틱으로는 PA(폴리아마이드), POM(폴리아세탈), PC(폴리카보네이트) 등이 있다.

자동차 플라스틱 부품 점유율 평균 9~10%…독일은 23%

범용 플라스틱의 경우 재활용의 용이성과 경량화 효과, 가격 절감 등의 효과가 부각되면서 PP와 PE 사용량은 증가하는 반면, PVC는 환경 문제 등으로 TPO(Thermal Plastic Olefin) 등으로 대체되고 있다. 또, 엔지니어링 플라스틱의 경우 금속과 유리를 대체하는 비율이 높아지며 모든 수지가 증가세를 나타내고 있다.

지난 6월 중국에서 열린 ‘2007국제플라스틱·고무 전시회’에서 발표된 바에 따르면, 현재 세계 자동차 메이커들의 플라스틱 부품 사용량은 1.3t짜리 승용차 한 대당 평균 120kg으로, 전체 중량의 9~10% 가량을 점유하고 있는 것으로 나타났다.

환경 기준이 엄격하고, 자동차 생산기술이 발달한 독일의 경우 같은 크기의 차량에 300kg의 플라스틱을 사용, 전체 중량의 23%를 플라스틱이 점유하고 있는 반면, 자동차 산업의 후발국이라고 할 수 있는 중국의 경우 플라스틱 사용량이 평균 78kg, 점유율은 6%에 불과, 독일은 물론 세계 평균보다도 크게 낮은 것으로 조사됐다.

중국이 플라스틱의 자동차 부품 응용 기술의 과거라고 한다면, 독일은 미래라고 할 수 있는 것이다.

시트·대시보드는 범용플라스틱 사용 보편화

과거 자동차용 플라스틱의 적용 범위는 주로 시트(Seat)와 대시보드 등 내장 부품 위주로 한정돼 왔다.

자동차 내장재에서 가장 많이 사용되는 플라스틱 재료는 PP 혹은 PP컴파운딩 수지다. 전면의 대시보드 중 사물함 덮개 등 단단한 부분은 주로 PP로 만들어지며, 최근 일부 차종에는 폴리우레탄(PU)을 대체해 폼(Foam)층까지 PP Foam을 사용해 재활용성을 개선하는 사례가 늘고 있다.

◇ EP가 적용되는 자동차의 각 부품(GE플라스틱)

스킨(Skin) 소재로는 그동안 주로 PVC/ABS Sheet나 PVC Powder Slush가 많이 사용돼 왔으나, 최근 들어 재활용성 문제로 PVC 재료의 사용이 제약을 받으면서 대체재로 TPO의 사용이 증가하고 있다.

대시보드 중 계기판, 스티어링휠, 오디오·에어컨 조절판이 장착된 인스트루먼트 패널(Instrument Panel)은 운전자의 안전성과 편의성을 복합적으로 고려해 내충격성, 내열성, 등이 우수한 재료를 사용하게 된다. 주로, PC/ABS 블렌드와 m-PPO, 혹은 PP 컴파운딩 수지 등이 많이 쓰인다.

시트는 외부 틀의 경우 차종별로 요구되는 강도나 탄력성 등에 따라 HDPE(고밀도폴리에틸렌), 혹은 LDPE(저밀도폴리에틸렌)가, 내장재로는 PU 폼이 적용된다.

자동차 도어패널(Door Panel)에 장착되는 도어트림(Door Trim)은 최근 3종 재료의 복합 적용에 따른 생산 및 재활용 측면에서의 복잡성 때문에 단일계 재료 적용 기술이 개발되고 있으며, PP 컴파운딩 수지가 많이 사용된다.

도어트림에는 문이나 창문을 여닫기 위한 다양한 부품들이 포함돼 있으며, 윈도우레귤레이터(Window Regulator ; 창문을 여닫는 장치), 도어록(Door Lock) 등 주요 구동부품에 금속을 대체해 엔지니어링 플라스틱인 POM이 사용되고 있다.

사실 이같은 내장 부품의 사용은 일부 구동 부품을 제외하고는 금속이나 유리 소재의 대체로 보기는 힘들다. 플라스틱 자체의 특성이 부품이 요구하는 용도에 적합하기 때문에 자동차가 현재의 정형화된 형태를 갖춘 이후로 계속해서 사용돼 온 것으로 보는 게 맞을 것이다.

<전문은 EBN화학정보 110호 참조>