자동차산업과 엔지니어링 프라스틱

월간 플라스틱코리아 10월호 - 특집 / 특별기고

 

자동차산업과 엔지니어링 프라스틱

나일론66 컴파운딩의 적용현황과 미래전망

 

1. 자동차공업과 플라스틱 소재

현대의 꿈의 신소재 엔지니어링 플라스틱이 자동차공업에 미친 영향과 그 변화의 도입과정을 살펴보면 많은 변화 속에서 또한 도전과 좌절이 있었던 것도 사실이나, 그 공존의 발전적 과제도 역시 많이 업그레이드 되어왔음을 알 수 있다.
국내 자동차공업이 태동된지 어언 반세기가 지나고 국내 자동차공업이 본격적으로 도입되어 국산화의 양산이 시작된지도 30년이란 세월이 흘렀다. 그동안 자동차 공업은 에너지의 효율성과 안정성과 스피드에 대한 소비자 요구 그리고 최근 패션화의 도전 속에 많은 변화를 추구하고 발전되어온 것도 사실이다.

경량화와 원가절감 그리고 고기능성의 부여 및 에너지 효율성 측면에서 플라스틱 부품의 대체가 절실히 요구되어 왔고 그 대체성에 있어 기존의 주력소재인 금속 (STEEL)을 대체하는 과정에서 플라스틱이 주는 장점과 동시에 기능성과 물리적 성질에 있어 기술적 측면의 많은 도전을 받아 온바 사실이다. 주로 범용에서 시작된 플라스틱화의 적극 도입 시기는 80년대 초로 컴파운딩 가공기술의 발전과 더불어 급속히 진행되어 주로 각종 미네랄성분의 첨가, 내충격재의 보강, 내열 및 난연재의 충진 등 기계적 강도보강과 내화학성 등에 이르는 물성의 만족에 힘입어 더한층 기능이 우수한 형태의 고기능성 소재로서 그 적용범위가 확장되어 오늘의 엔프라 소재로서 자리잡게 되었다.

이제 자동차공업에 있어 플라스틱화는 세계적 글로벌 선진기업들의 선결과제로 그 변화의 물결속 한가운데에 있다 해도 과언이 아닐 것이며, 국내 자동차공업에 있어서도 분명한 개발축선 상에 있는 변화와 도전 과제가 아닐 수 없는 것이다. 정리하면 소재의 혁신적 대체적용에 의한 경량화의 추구 그리고 주요 부품의 물리적 성질 및 기계적 특성 등을 포함하여 기술적으로 극복한 다양한 형태로, 또한 플라스틱 소재의 개발 및 적용이 가져다주는 에너지 효율성 등의 측면으로 보아도 자동차공업의 대체소재 개발은, 현재 전장 부품의 12~13% 수준임을 감안할 때, 플라스틱화가 보다 다양성으로 진일보하는 당연한 귀결인지도 모르겠다.

사실상 금속의 대체를 가능하게 한 고기능성 엔지니어링 플라스틱 재료의 발전과 혁신적 적용개발로 이어지는 자동차분야의 새로운 품질혁신과 창조적 개발활동은 점진적인 추세로 그간 응용 도입되었으나 이제 그 도입기(1980-90년대) 과정을 거쳐 2000년대에서는 혁신적 도입단계 (INNOVATIVE CREATION)를 넘어선 창조적 파괴단계로 (DESTRUCTIVE CONSTRUCTION) 소재변화의 본격 진화의 시기로 현대자동차의 포니를 국산화의 출발점으로 하는 국내자동차 공업의 발전과 혁신은 실로 놀라운 수준으로, 그 생산대수가 연간 400만대로 세계 5위국임을 감안하면 글로벌 경쟁시대의 시점에 선 우리산업의 현실 앞에 플라스틱 컴파운딩 분야에서의 향후 발전과제는 그 경쟁력의 문턱에서 책임감이 더욱 막중함을 느끼지 않을 수 없을 것이다.

실제로 플라스틱 산업에서 보면 미국 듀폰, 독일의 BASF, 프랑스 로디아 (전 롱프랑), 독일 랑세스 (잔 바이에르) 및 사우디의 SABIC (전 GE Plastics) 등의 세계 유수의 다국적 기업들이 소재연구에서 컴파운딩 응용개발에 까지 현재 그 최선의 경쟁을 주도하고 있는 것도 사실이다.
실로 플라스틱 소재의 발달로 경량화와 간편화에 있어 산업의 발달에 기여한 공로가 크다 할 것이며 특히, 고기능성 신소재인 엔프라(Engineering Plastics)의 출현은 무엇보다 금속공업을 근간으로 하는 쇠(Steel)가 기초재료인 자동차공업의 발전에 있어 특히 그 경량화 추구와 생산성에서 그리고 원가절감에 개선점이 크다 할 것이며, 이는 소재의 변화와 혁신이 가져다 줄 수 있는 새로운 가치창조라고 할 수 있을 것이다.

 

2. 컴파운딩의 시장현황

현재의 엔지니어링 폴리머 부분에서 나일론66의 국내수요를 보면 (표 1)에서와 같이 연간 약 5만여톤 정도로 추산 되며, 금액상으로 약 15억불 규모 정도이다.  이는 세계 수요가 나일론66 분야만을 고려해서 연간 120만톤 규모에 이르는 점을 감안하면 세계 총수요의 5% 미만으로 아직 국내산업에 있어서의 나일론66 엔프라의 시장 규모는 미미한 수준임을 알 수 있고, 광범위한 용도의 개발과 응용 및 특히 가공. 기술분야에 있어서도 전문 인력의 확보와 연구개발 능력의 확립이 필수적 관건이라 할 수 있겠다.

다행히 한국의 자동차 산업이 오늘날 세계 강국으로 발돋움하는 우리의 위치를 돌아볼 때 나이론66을 포함한 국내 엔프라 업계의 미래는 낙관적이라 볼 수 있으며, 그 시장개발에 대한 노력과 투자의 정도에 비례하여 성장수치를 매겨가게 될 것이다. 물론 내수시장에 의존적이지 않고 수출시장의 개발에도 주력한다면 그 규모는 더욱 가속화될 것이다. 실제로 현재 수출에서도 중국, 중동지역, 동남아국가 및 남미. 아프리카지역의 시장에서 활발히 거래가 이루어지고 있으며, 시장개발이 진행중이다.

 

3. 컴파운딩 분야 리사이클링 현황

나일론66 제품의 리사이클 분야에 대한 연구개발도 최근 지구온난화 문제 및 각 정부의 이산화탄소 배출량 규제에 힘입어 새로운 환경적 이슈들이 대두됨에 따라 활발한 움직임을 보이고 있으며, 제품에 대한 응용 연구가 원가절감의 요인과 더불어 세계 초일류 기업집단은 물론 국내 40여개의 플라스틱 컴파운딩 업계에서도 관심을 갖고 재료의 브랜딩 연구와 제품의 응용 개발 연구가 한창 진행 중이다.

현재 적용중인 국내 수요는 연간 약 1만여 톤을 다소 상회하고 있으며, 자동차 업계와 엔프라 컴파운딩 업계의 환경친화에 대한 꾸준한 노력과 원가절감에 대한 관심도의 향상으로 리사이클 분야의 응용 연구개발이 더 한층 진행될 것으로 보여지며, 향후 연간 약 8~10%를 상회하는 고성장을 유지할 것으로 보인다.

 

그리고 리사이클 제품의 응용기술은 고에너지 시대의 도래와 관련 산업의 성장과 경쟁을 감안할 때, 필수적 요건으로 대두되고 있으며, 향후 특히 중국과의 경쟁우위가 사업성패의 핵심과제로 부상할 것임은 분명하다 하겠다.

 

4. 자동차분야 소재의 응용연구와 적용사례

소재 발달의 변화 역사를 보면 분명히 인류문명의 발달과정과 밀접한 관계를 이루어 변경되어짐을 우리는 석기문화, 청동기 그리고 철기문화의 변천 흐름을 통해서도 익히 알 수 있다. 이제 석유화학공업의 발달로 인한 화학공학과 고분자공학의 연구 발전으로 쇠를 대체할 수 있는 이른바 보다 첨단적 과학기술이 인류에게 가져다 수 있는 복지혜택을 통해 보다 광범위하고 보다 고기능성을 부여한 안락함의 여유를 충족시키는 동시에 더 큰 의미의 친환경적 에너지 절감 내지는 고효율성의 이점을 다양성 있게 제공할 수 있게 된 것이다. 특히 지금 우리 인류가 직면하고 있는 천연자원 고갈의 시대에 에너지 저소비 및 에너지 고효율성이라는 유용성의 과제는 인류의 미래에 대한 보다 나은 가치와 분명한 미래 목표를 두고 중점발전시켜 나가야 하는 공통과제인 것이다.

자동차공업에서의 일례로 동(Cu)라디에이터가 이제 플라스틱화 (Nylon 66+G/F 30%소재 적용) 되어 자동차에 장착된 채로 우리가 타고 달리는데 전혀 지장을 주지 않으며 오히려 그 기능성 즉, 내열성, 내충격성, 내식성 및 내화학성에서 우수하고, 또한 제품의 안정성에서조차 기존의 동(Cu)소재를 능가하고 있음도 사실이다. 더불어 자동화공정에 의한 대량생산을 가능케 함으로써 원가절감 및 현장의 생산성 향상에 이르기까지 재료의 혁신이 가져다주는 새로운 가치의 창조는 실로 한마디로 평가하기 힘들다 할 것이다.

플라스틱 소재의 자동차공업에 미치는 발전적 영향은 미래에 더욱 클 것으로 이는 또한 자동차 산업의 국가경쟁력을 위해서도, 인류의 미래복지와 환경적 안전을 위해서도 필수 불가결한 과제가 아닐 수 없을 것임은 분명한 일이다. 참고로 현재 적용 중인 엔프라 소재의 자동차 부품분야 응용사례를 중심으로 (표 4)에서 예시하였다.

  

5. 생산 및 원료공급능력

PA66 (NYLON66)는 그 중간체 핵심원료인 아디픽산 (AA) 과 헥사메칠렌다이아민 (HMD) 을 합성하여 중합기술 (POLYMERIZATION)로 만들어지며, 세계적으로도 일부 선진국에서 제조시설과 기술을 보유하고 있다.

 

 (표 5) Nylon66 폴리머 생산 공정
위에서 예시한 Nylon 66의 중간체 원료인 아디픽산 (AA, Adipic Acid)의 세계 생산능력은 년 약 250만 톤이며, 국내수요는 약 7만여톤으로, 폴리아마이드66 및 폴리우레탄의 주원료로 가소제, 일부 농약 및 제지분야 부수 원료로 시장에 공급되고 있다.

(표 6) 세계 AA 생산능력
한편 PA66의 다른 중간체 원료 (Core Intermediates)인 헥사메칠렌다이아민 (HMDA, Hexamethylene Diamine) 역시 세계 공급 능력 170만여 톤으로 이중 85만 톤을 미국 인비스타가 생산하고 있어 세계 수요의 약 50% 이상을 커버하고 있다. 그리고 최근 2007년 5월에는 증가하는 세계 수요와 특히 동북아 지역에서의 향후 수요의 성장 추세를 충족시키기 위하여 인비스타는 중국 상해근교에 나일론66 폴리머 및 중간체 제조시설을 신규로 약 1조원 투자 규모의 생산기지를 2012년 완공 목표로 건설할 계획임을 발표한 바 있다.  

 

글: 김원일 부사장 | (주) 코프라