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채영 호
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1 자동차용섬유화학소재개발동향 윤석한 ㆍ정천희ㆍ민문홍ㆍ서원진 * 다이텍연구원, * 현대자동차 Development Trend of Automotive Chemical and Textile Materials Seokhan Yoon, Cheonhee Jeong, Munhong Min, and Wonjin Seo* Korea Dyeing & Finishing Technology Institute, Daegu, Korea *HYUNDAI Motor Company, Gyeonggi, Korea Abstract: 세계각국정부의자동차연비효율및배기가스규제강화에따라완성차업체는자동차경량화를위한지속적인노력을하고있다. 차량경량화를위한방안으로는기존의철강소재를엔지니어링플라스틱, 섬유강화플라스틱, 섬유강화복합재료등경량소재로대체하는방법이있다. 본기고에서는자동차의경량화에초점을맞추어자동차용경량소재, 자동차용섬유소재및제품화동향을소개하고향후전망을설명하고자한다. Keywords: automotive plastics, automotive textiles, lightweight materials, fiber reinforced plastics 1. 서론 1) 자동차업계의전문컨설팅기업인 A.T.Kearney 는 2020년까지자동차부품소재중철강소재의비중은 55% 로감소하고, 플라스틱소재가 18% 를차지할것으로전망했다. 반면에고무부품관련소재는 5 7% 비중으로꾸준히유지할것으로전망하고있다. 이러한수치는세계각국정부의자동차연비효율및배기가스규제강화로제조사들의자동차경량화를위한노력과이에따른연비향상과직결되는예측수치로보인다. 세계각국정부는지구온난화방지와관련온실가스의배출을줄이고, 석유의존도를낮추기위해자동차의연비효율및배기가스규제를강화하고있다. 미국의경우 2009년법안개정을통해 2016 년까지승용차와경트럭의평균연비를각각 39.0 mpg (16.6 km/l), 30.0 mpg (12.8 km/l), 35.5 mpg (15.1 km/l) 로강화했다. 유럽은자동차이산화탄소배출기준을 2015년 130 g/km, 2020년 주저자 ( seokhan@dyetec.or.kr) 105 g/km으로설정하고 2012년부터 2018년까지초과이산화탄소배출 g당 5 95로누적된벌금을지불하도록하고있다 (2019년이후에는 95 를부과 ). 또한우리나라도 2009년 7월기존 11.7 km/l에서 2015년까지 17.0 km/l로연비규제를강화한바있다. 자동차의연비를개선하기위한방법으로는고효율 GDI( 직분사 ) 엔진장착, 엔진다운사이징, 6/8 단변속기채용확대, xev 개발등고효율구동기술채택, 차량경량화등이있다. 특히자동차중량이 10% 감소되면연료소비가 7% 감소되어연비가 1l당 1 km 개선되는것으로알려져있다. 이에따라글로벌완성차업체들은차량경량화를위한투자를확대하고있는추세이다. 차량경량화를위한방안으로는최적설계및부품성능극대화를통한부품수감소, 고장력강, 알루미늄, 마그네슘, 엔지니어링플라스틱, 섬유강화플라스틱, 섬유강화복합재료등경량대체소재적용등이있다. 이가운데경량대체소재적용은부품의자체중량감소뿐만아니라최적설계및부품통합을가능하게하여경량화효과를극대화할수있다. 26 공업화학전망, 제 16 권제 6 호, 2013

2 자동차용섬유화학소재개발동향 Figure 1. 자동차소재별구성비중 [1]. 자동차내외장부품의경우주로 PP, ABS 등범용플라스틱이사용되고있으며, 플라스틱화할수있는부품은이미대부분플라스틱화되어있는상황이다. 그러나향후에는엔진및공조, 연료부품등에서금속대체수요증가, 전장및안전대책부품채택증가, xev시장확대에따른 2차전지, 모터등신규무거운부품의경량화요구증대등으로범용및수퍼엔지니어링플라스틱, 슈퍼섬유, 섬유강화복합재료등고기능성소재의채용이증가할전망이다. 특히내외장재에서공조부품, 연료부품, 전자부품, 엔진부품으로갈수록내열성과강도, 난연성등의특성을지닌고성능경량대체소재가요구된다. 한편, 자동차의경량화측면에서섬유소재는소재자체가가지고있는경량특성및기타특성으로인해매우각광받고있는소재이다. 자동차에사용되는섬유소재의형태는직물 / 편물, 부직포, 복합재등이있으며, 직물 / 편물원단이여전히주 Figure 2. 세계각국정부의연비규제목표 [3]. 류이지만부직포및복합재형태의소재사용량이증가추세에있다. 경량화등의목적으로기존자동차부품소재의대체용도및광섬유, 도전성섬유등과같은고기능섬유소재에의한새로운용도로적용범위가확대될전망이다. 자동차완성차 1대당사용되는섬유소재의양은 1990년대 20 kg, 2006년에는 28 kg, 현재는약 35 kg 정도로그사용량이증가하고있으며, 향후에도꾸준히증가할것으로전망된다. 본기고에서는자동차의경량화에초점을맞추어자동차용경량소재, 자동차용섬유소재및제품화동향을소개하고향후전망을설명하고자한다. 2. 자동차용경량소재 2.1. 엔지니어링플라스틱엔지니어링플라스틱은범용플라스틱의최대약점인열적특성과강도, 마모성등기계적특성을향상시킨제품으로 150 이상에서장시간사 Table 1. 미국자동차구성소재의함량변화 [2] 소재 2000 년 2005 년 2010 년 CAGR (%) 무게 (kg) 함량 (%) 무게 (kg) 함량 (%) 무게 (kg) 함량 (%) 금속 화학 철강 1, , , 비철금속 플라스틱 합성고무, 케미컬 유리및기타 합계 ( 차량무게 ) 1, , , KIC News, Volume 16, No. 6,

Figure 5. 자동차용플라스틱이용비율 [3]. Figure 3. 세계자동차용섬유수요량 [8]. Figure 6. 자동차부품별주요플라스틱 [3]. Figure 4.

범용엔지니어링플라스틱은폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 변성폴리페닐렌옥사이드등 5가지플라스틱이주로이용된다. 2.

매트릭스에는불포화폴리에스테르와에폭 시수지등의열경화성수지또는폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리에틸렌등의열가소성수지가사용된다.

등이널리사용되고있다. 최근에는내장재뿐만아니라엔진부품, 차체등높은수준의강도와내열성이필요한부분에섬유강화플라스틱을채용한다양한컨셉카들이등장하고있다.

3 Figure 5. 자동차용플라스틱이용비율 [3]. Figure 3. 세계자동차용섬유수요량 [8]. Figure 6. 자동차부품별주요플라스틱 [3]. Figure 4. 아세안지역의자동차용섬유사용량 [8]. 용여부에따라범용엔지니어링플라스틱 (150 미만 ) 과수퍼엔지니어링플라스틱 (150 이상 ) 으로분류할수있다. 범용엔지니어링플라스틱은폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 변성폴리페닐렌옥사이드등 5가지플라스틱이주로이용된다 섬유강화플라스틱플라스틱을매트릭스로하여유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유등으로강화한복합재료의총칭이다. 매트릭스에는불포화폴리에스테르와에폭 시수지등의열경화성수지또는폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리에틸렌등의열가소성수지가사용된다. 유리섬유강화플라스틱 (GFRP : Glass Fiber Reinforced Plastics), 탄소섬유강화플라스틱 (CFRP : Carbon Fiber Reinforced Plastics) 등이널리사용되고있다. 최근에는내장재뿐만아니라엔진부품, 차체등높은수준의강도와내열성이필요한부분에섬유강화플라스틱을채용한다양한컨셉카들이등장하고있다. 현대차는유리와판넬을고분자복합재로만들어무게를 60 kg 줄인 카르막 을 2007 년제네바모터쇼에서공개하였다. 폭스바겐은 2011 년카타르모터쇼에서탄소섬유를사용한무게 795 kg, 연비 111 km/l의컨셉카 XL1 을공개 Table 2. 자동차용엔지니어링플라스틱개발사례 [2] 구분 바스프 사빅 듀폰 소재 폴리아미드복합소재 폴리카보네이트복합소재 유리섬유강화폴리아미드 특징 무게 45% 감소 무게 50% 감소 사용가능온도 210 용도 휠, 시트 유리, 패널 엔진부품 28 공업화학전망, 제 16 권제 6 호, 2013

자동차용섬유화학소재개발동향 Table 3. 완성차-소재업체의탄소섬유복합재합작추진사례 [2] 완성차업체-소재업체 양산개시목표 적용모델 연간생산목표 다임러-도레이 2012년 2인승벤츠 SL 1만 2만대 BMW-SGL 2013년 전기차 i3 및 i8 4만 8만대 GM-데이진 2020년 GM전차종 100만대 Table 4.

차음재분야경량화, 연비향상 엔진소음, 우타음, 차량실내소음, 노면소음및풍절음감소를위한커버, 흡음패드, 바닥매트등 강성재 금속소재대체소재 경량화, 연비향상, 친환경 내장재용헤드라이너, 도어트림, 필라트림, 인스트루먼트패널및시트백패널, 외장재용및차체및프레임용펜더, 범퍼및빔등 Figure 7.

4 자동차용섬유화학소재개발동향 Table 3. 완성차-소재업체의탄소섬유복합재합작추진사례 [2] 완성차업체-소재업체 양산개시목표 적용모델 연간생산목표 다임러-도레이 2012년 2인승벤츠 SL 1만 2만대 BMW-SGL 2013년 전기차 i3 및 i8 4만 8만대 GM-데이진 2020년 GM전차종 100만대 Table 4. 자동차용섬유소재분류 [8] 구분분야주요구성능품목 Skin 시각, 촉각과관련된분야감성 시트, 그래쉬패드, 도어트림, 헤드라이닝, 내장트림, 도어패널, 필라, 인스트루먼트패널등부품, 마감재및스킨등 Cushion 시트폼, 도어내부마감재친환경시트쿠션재, 백레스트및헤드레스트쿠션재등 Safety 안전과관련된분야내구성타이어코드, 에어백, 안전밸트등 NVH 흡 / 차음재분야경량화, 연비향상 엔진소음, 우타음, 차량실내소음, 노면소음및풍절음감소를위한커버, 흡음패드, 바닥매트등 강성재 금속소재대체소재 경량화, 연비향상, 친환경 내장재용헤드라이너, 도어트림, 필라트림, 인스트루먼트패널및시트백패널, 외장재용및차체및프레임용펜더, 범퍼및빔등 Figure 7. 섬유강화플라스틱적용컨셉카 : 현대자동차 카르막 ( 左 ), 폭스바겐 XL1 ( 右 ). 하였다. 장기적으로는차체등주요부품의소재가철강에서탄소섬유복합재로대체될전망이다. 그러나현재탄소섬유의가격은 1 kg당 30달러수준으로, 자동차부품소재로사용되기위해선 10 달러이하로낮출필요가있으며, 가격보다성능이중시되는 F1용자동차차체는 100% 탄소섬유복합재료로제작되고있다. 3. 주요자동차용섬유소재및부품자동차에사용되고있는섬유소재및부품은매년증가하고있는추세이다. 자동차에사용되는섬유제품으로잘알려진시트커버, 카펫, 헤드라이너, 안전벨트, 에어백등에서부터공기정화용필터 ( 에어필터 ), 연료필터, 각종흡음재, 타이어코드, 배터리분리막, 각종호스류및벨트류등외부에노출되지않는여러가지기능의섬유제품들이사 KIC News, Volume 16, No. 6,

Figure 8. PLA 섬유를이용한자동차시트 [8]. Figure 9. 케나프를사용한토요타차량부품 [4]. 용되고있다. 3.1. Skin 분야 Skin 분야에해당되는섬유소재는카시트, 헤드라이너, 트림, 필라, 인스트루먼트, 매트등에사용되는것으로인체와쉽게접촉할수있는내장재부품들이이에해당된다.

탑승자의하중이작용되는시트특성상신체조건을감지하는센서와연결되는신호전달선이신축구조가아니어서지능형시트의구현이불가능한상태이다.

5 Figure 8. PLA 섬유를이용한자동차시트 [8]. Figure 9. 케나프를사용한토요타차량부품 [4]. 용되고있다 Skin 분야 Skin 분야에해당되는섬유소재는카시트, 헤드라이너, 트림, 필라, 인스트루먼트, 매트등에사용되는것으로인체와쉽게접촉할수있는내장재부품들이이에해당된다. Skin용섬유소재의경우는색상이나디자인에관한성능인의장성, 내광성이나내마모성, 착용쾌적성을위한보온성, 방오성, 항균성, 소취성, 투습 / 방수성등고기능성부여와동시에환경부하가적은친환경재료의사용등이요구된다. 보온성을위한발열시트개발현황은국내의경우패브릭또는가죽시트커버내부에발열용동선또는필름형태의발열체가내장된시트커버를사용하고있다. 탑승자의하중이작용되는시트특성상신체조건을감지하는센서와연결되는신호전달선이신축구조가아니어서지능형시트의구현이불가능한상태이다. 해외의경우도 Gerbing 사, Mapline사, Burton사등의제조사에서신축성이전혀없는탄소섬유나전도성잉크로프린팅한발열부를구비한발열제품을제조, 시판하고있는수준으로국내와마찬가지로직물형발열시트는개발되어있지않고, 신축성을갖는신호전달선에관한기술개발은미미한실정이다. 미국에서는여름철에는너무뜨겁고겨울철에는너무차가운자동차시트의단점을보완하기위해자체적으로열을방출하고저장하는 smart fabric시트를 GM, FORD에서개발하여 Pontiac GTO, Mustang GTR 에장착하여자동차업계와소비자들의관심이집중되고있다. 친환경시트소재는소비자의인식이높아짐에 따라국내자동차에서도친환경제품으로리사이클, 생분해성제품의채택빈도가높아지고있으며기아자동차의경우 2012년부터일부제품이적용되고있다. 해외의경우 Toyota에서 PLA를사용하여매트및러기지보드에적용하였으며, 마쯔다는카시트에 PLA를적용하는등자동차내장부품으로의사용이증가하고있다. 토요타방직 ( 주 ) 에서는 PLA직물을자동차시트에적용한컨셉시트를 2008년 JSAE에선보였다. 식물성천연섬유는친환경적이고생분해성이좋은장점으로인해세계모든자동차메이커들이내장부품으로적용하고있다. 토요타방직은도어의내장이나천정등 5종의부품에 케나프 를혼합한소재를적용하여현재토요타자동차의렉서스등고급차를중심으로약 20여개의차종에사용하고있다. 현대자동차를중심으로연비개선과공간확보를위한경량 (slim) 시트에대한개발이진행중에있다. 경량시트의경우유럽에서특히많은시도가진행되고있으며, 독일의 BMW사에서는일부양산에적용되고있다 Cushion 분야자동차용쿠션재 (cushion materials) 란시트에사용되는쿠션재, 백레스트, 헤드레스트에사용되는소재로기존폴리우레탄 (PU) foam과시트커버의 slab foam을대체하여사용가능한섬유상소재및부품을말한다. 프랑스에서는 LPMT연구소 (Laboratoire de Physique dt Mecanique Textiles) 를중심으로섬유업체와기술센터가공동으로기존의폴리우레탄폼을대체할친환경적인 3차원 (3-D) 부직포를개발중에있다. 독일의유명한차량자재메이커인 Haen- 30 공업화학전망, 제 16 권제 6 호, 2013

자동차용섬유화학소재개발동향 Figure 10. 우레탄폼대체용섬유제품 : Teijin 사의 ELK ( 左 ), 우레탄폼 ( 右 ). Figure 11.

sel Verbundtechnic사는 BASF사와공동으로 PET 3-D Warp-knitted spacer fabric을기초로공간부분에고흡수성폴리머 (SAP) 를주입한경량시트를개발하였다.

이제품은강도와경량성을모두만족하며, 방염성, 전자파차폐성도우수하여에어버스 (airbus) 사의 A319J에채용될예정이다.

Multiknit/Caliweb, J.H.Ziegler사는 3-D thermal-bonded nonwoven 기술을바탕으로하는 Haco 제품을 Audi 등고급차량에적용하고있다.

6 자동차용섬유화학소재개발동향 Figure 10. 우레탄폼대체용섬유제품 : Teijin 사의 ELK ( 左 ), 우레탄폼 ( 右 ). Figure 11. 우레탄폼대체용섬유제품 : Asahi Kasei 사 Cubit. Figure 12. 우레탄폼대체용섬유제품 : Toyobo 사 Breathair. sel Verbundtechnic사는 BASF사와공동으로 PET 3-D Warp-knitted spacer fabric을기초로공간부분에고흡수성폴리머 (SAP) 를주입한경량시트를개발하였다. 독일항공기시트메이커인 Recaro사는 Nomex /Kevlar 을사용한펠트와내측에울 / 나일론 (91/9) 을사용한커버직물로제조한 3-D mesh 구조시트를개발하였다. 이제품은강도와경량성을모두만족하며, 방염성, 전자파차폐성도우수하여에어버스 (airbus) 사의 A319J에채용될예정이다. 독일에서는부직포및삼차원구조물을이용한적용사례가확대되고있는데 TWE Vliesstoffwerke사, Techtex사에서 3-D stitch-bonded nonwoven 기술을바탕으로 Multiknit/Caliweb, J.H.Ziegler사는 3-D thermal-bonded nonwoven 기술을바탕으로하는 Haco 제품을 Audi 등고급차량에적용하고있다. 일본의 Teijin Fibers사및 Asahi Kasei사, Toyobo 사를중심으로폴리에스테르계고탄성섬유쿠션소재가개발되고있으며특히, Teijin Fibers사에서는고기능섬유쿠션재 ELK 를개발하여 2006년부터자동차용내장재전문업체인 Suminoe Textiles 사와협조체제하에일본국철의좌석에적용하고 KIC News, Volume 16, No. 6,

7 Table 5. 현재적용중인 Cushion 섬유소재기술및적용차종 [8] 소재회사명 ( 지역 / 국가 ) 적용차종 Multiknit/Caliweb (3-D stitch-bonded nonwoven) Haco (3-D thermal-bonded nonwoven) 3mesh (Warp-knitted spacer fabric) TWE Vliesstoffwerke GmbH&Co.KG, (Emsdetten/D) Techtex GmbH Vliestoffwerke(Mittweida/D) J/H/Ziegler GmbH&Co.KG (Aachern/D) Muller Textile GmbH (Wiehl/D) Audi, BMW, Mercedes Audi Mercedes S-Class, Audi A8 ELK /ELASTY Teijin Ltd. (Osaka/J) JR(train seat) 있다. Asahi Kasei사는나일론이나 PTT를이용한삼차원구조의폴리에스테르편물인 Fusion, Cubit 이라는제품을선보였으며, Toyobo사는내열및내구성이우수한폴리에스테르계엘라스토머를이용하여특수한공정을통해자기접착성 (self-adhesive) 을나타내는 3차원입체스프링구조를만들어통기성이우수하고원료의탄성을최대한발현시킨 Breathair라는제품을시장에출시하였다. 대만의 Far Eastern New Century사는 Teijin사의 ELK 제품을겨냥하여 ezbond 을출시하였다 Safety 분야차량의충돌사고시승객을구속 (restraint) 하여안전하게보호하고, 승객이차량내부부품에 2차충돌하거나차량밖으로방출되는것을방지하는차량용안전시스템에적용되는섬유소재 / 부품을자동차용 safety 섬유소재라고한다. seat belt, tirecord, airbag 등이이에해당한다 Seat Belt 초기에는나일론소재가사용되었으나최근고강도 polyester filament가주로사용되고있으며, 대부분이 twill 직물조직형태제품이다. 안전벨트요구특성은벨트자체는부드러워야하며, 길이방향으로유연하고폭방향으로 rigid할수록좋다. 반복적인마찰에견딜수있도록우수한내마모성이있어야한다. 압박감개선을위하여고강력사를적용하여두께는감소시키면서동시에내구성을확보할수있는안전벨트용웨빙이개발되 고있다. 안전벨트용원사는의류용제품보다강도가향상된고강력폴리에스테르이며, 보통의산업용섬유와는달리강도수준이 9.4 g/d 이상으로높고멀티필라멘트를구성하는모노필라멘트가 10 denier급이상이어서무결점의원사를생산하는것이매우까다롭다. 폴리에스테르공중합체를적용한고에너지흡수안전벨트는 2-step S-S Curve 를보이므로충돌시에너지를흡수하여 pre-tensioner와 load limiter를대체하여경량화가가능하다 타이어코드 (Tire-Cord) 타이어코드는타이어의기본운동성능을만족시키기위해서매트릭스고무와의복합체를형성하기에충분한접착성과일방향성보강제로써의인장탄성률강도가필요하게된다. 또타이어주행시의기계적변형에대항하는저항성 ( 내피로성 ) 과발열이나수분, 고무내부의화합물에대항하는내취화성도타이어의내구성을지배하는중요한요소이다. 타이어코드는주로카카스, 벨트, cap-ply부분에사용되며소재는크게무기및유기소재로구분된다. 무기섬유로는타이어내벨트로주로사용되는스틸코드 (steel cord) 가있으며, 비중때문에 para-aramid로대체되고있는추세이다. 유기섬유로는면, 레이온, 나일론, 폴리에스테르등이사용되어왔으며, 강도와내구성의향상및경제성의이유로면에서레이온으로, 이후나일론이사용되어지다가현재는폴리에스테르가주로사용되어지고있다. 폴리에스테르의강도가나일론섬유보다 20 30% 작으면서도승용 32 공업화학전망, 제 16 권제 6 호, 2013

8 자동차용섬유화학소재개발동향 Figure 13. 타이어의구조및명칭 ( 출처 : 한국타이어홈페이지 ). Table 6. 타이어종류별타이어코드소재의사용현황 [11] 승용차 경트럭 트럭 / 버스 타이어종류구조 Nylon PET Rayon Aramid 래디알 카카스 벨트 바이어스카카스 래디알 카카스 벨트 바이어스카카스 래디알 카카스 벨트 바이어스카카스 비고 : 주력소재, : 일부사용 차의래디얼타이어의카카스재료로사용되어온이유는탄성률이나일론보다 30 50% 크기때문이다. 또한 Tg가나일론보다높기때문에플랫스팟 (flat spot) 문제가적고타이어측면인 side wall 부분이들어가거나튀어나와외관이불량해지는 SWI(Side Wall Indentation) 문제가적으며단위강도당가격이나일론보다저렴하기때문이다. 현재타이어경량화및소음저감, 지면저항도감소등을위한타이어코드의고성능화등을위해여러가지소재및적용기술개발이진행되고있으며, 이들소재로는 PEN (polyethylene naphthalate), lyocell, POK (polyolefin ketone) 및 PVA (polyvinyl alcohol) 등이있다. 타이어코드생산능력은폴리에스테르타이어코드기준으로볼때연간 43만톤에육박하고있으며지속적인성장을하고있다. 국가별및회사별시장점유율은한국의 효성 (50%), 코오롱 (15%), 미국의 Performance Fiber (14%) 순이다 에어백 (Airbag) 에어백전개시내부에발생하는질소가스의온도는약 이상이며가스압력은 0.03 sec 내에최고 40 psi 이상이다. 이러한환경을극복하기위하여고내압성, 내열성, 기밀성및자동차본체의 life cycle과합당한내구성과적정공간에수납하기용이한 compact한특성이요구된다. 에어백에적용되는섬유소재는폴리에스테르보다열적성질이우수하고접이용수납성과전개시피부의손상도가낮은나일론섬유 ( 고강도 multi filament nylon 66) 가주로사용되고있다. 에어백은대부분평직 (plain) 형태로, 원단의일정시간동안의기밀성을유기하기위하여후가공 ( 코팅 ) 처리 KIC News, Volume 16, No. 6,

NVH (Noise, Vibration and Harshness) 분야자동차 NVH (Noise, Vibration and Harshness) 는자동차진동소음의제반현상을뜻하는용어로자동차 NVH 부품에적용되는섬유소재를자동차 NVH 섬유라한다.

9 Figure 15. 자동차흡차음재적용부위 [5]. Figure 14. 에어백구성및형태. 한다. 코팅소재로초기에는네오프렌 (neoprene rubber) 을많이사용하였으나, 장기간보관시접힘부분의균열발생문제때문에최근에는실리콘을사용하고있다. 최근에는부직포또는 one piece weaving 방식등을이용한소재재활용, 경량화및원가절감측면에서코팅하지않는에어백개발에대한연구가진행되어지고있다. 내구성및경제성확보를위하여고에너지흡수 (high energy absorption) 폴리에스테르소재의개발이활발히이루어지고있다 NVH (Noise, Vibration and Harshness) 분야자동차 NVH (Noise, Vibration and Harshness) 는자동차진동소음의제반현상을뜻하는용어로자동차 NVH 부품에적용되는섬유소재를자동차 NVH 섬유라한다. 자동차에이러한방음 / 흡음재료가적용되는부위에는 bonnet, under dashboard, floor, roof, trunk 등이있으며, 적용되는소재도부위별로 resin felt, PU foam, Glass, Wool, PET 등과같이매우다양하게구성되어있다. 일반적으로흡음층은 PU Foam과 LM PET를혼합하여사용하고있으며, 차음층은 EVA 소재와니들펀칭 LM PET 소재등을적용하고있다. 흡차음부품중하나인카펫은차체하부에서발생하는소음, 발열과진동흡수를목적으로자동차에장착되고있으며기본적인흡 음및진동차단, abrasion, 내광성, 난연, 압축탄성등의물성뿐만아니라 bulky성이있는볼륨감, 광택, 발색성등심미성뿐만아니라내구성, 내마찰성, 강성회복력등의특성이요구된다. 일본의 RIETER사는 Ultra light 기술을개발하여 TOYOTA 자동차등에적용하고있다. 이기술은기존차음재 + 흡음재 ( 중량약 6.3 kg) 로구성된 dash insulator를경량화시키기위해차음층을제거하고대신 felt류의다중흡음재를적용하여 Hard 흡음재 + 흠음재 ( 중량약 2.3 kg) 구조로구성하여 50% 이상의중량감소뿐만아니라진동소음성능개선효과까지확인되고있다. 현재북미시장의 LEXUS 및 2004년이후신규개발된 TOYOTA 승용차전체에흡차음재로적용되고있다. Colins & Alkman사의 Act Fused Fiber, LEAR사의 Sonotec, PE:ZER사의 Dual Impedance 또한차량의경량화및실차의진동소음성능을모두만족시키는제품으로연비가우수하며조용한자동차완성에일조한주요부품이다 강성재분야자동차내외장용강성재로사용되는소재들은 steel과같은금속소재, ABS, PC, PP복합수지사출물, 유리섬유, 탄소섬유등에열경화성수지를함침한복합소재등강하고쉽게변형이이루어지지않는소재들이주로사용되었다. 기존의복합소재강화재는밀드섬유, 촙섬유, 스트랜드, 로빙, 직물, 로빙매트, 부직포, UD 등 34 공업화학전망, 제 16 권제 6 호, 2013

10 자동차용섬유화학소재개발동향 Table 7. 소음저감재료의종류및사용부위 [6] 사용부위소음의종류소음저감방법재료의종류 Bonnet Engine noise Sound absorption PU Foam, Glass wool Under Dashboard Engine noise Sound insulation Damping Sound absorption PVC, Olefin resin PU Foam, Resin felt Floor Road noise Sound insulation Damping Asphalt compound, PET 섬유, PU Foam, Resin felt Roof Air flow sound Damping Sound absorption PU Foam, Honeycomb compound Trunk Blurring sound Sound insulation Damping Resin felt, PU Foam Figure 16. 섬유복합재료강화재로사용되는다양한 2 차원적섬유직물구조 [7]. 다양한형태로사용되고있는데이는 hand lay-up 형식의제조공정에는문제가없으나자동차와같이동일부품을대량생산하는시스템에서는생산성을저하시키므로비효율적이다. 또한부품의규격에따라수 수십겹의라미네이팅이필요한시스템에서는최종제품의신뢰성확보를위해서도 3-D 또는 NCF (non crimp fabric) 등보다두꺼운복합재료중간재가필요하며, 이러한필요에따라다양한형태의선진기술이개발되고있다. 복합재료용 3-D fabric은더블라셀구조를주로많이사용하며, 최근에는효율적인 biaxial 또는 triaxial 등다양한형태의입체구조가개발되어적용되고있다. 4. 맺음말자동차용소재사업은대규모장치를통한원가경쟁력뿐만아니라고객맞춤형가공기술의복합이필수적인분야이다. 고객의소재사용환경에대한이해, 나노수준에서의구조ㆍ기능제어, 화학ㆍ섬유ㆍ세라믹등타소재와의복합화기술개발, 이를통한제품설계및응용기술개발등이종합적으로필요하다. 한편, 자동차용섬유소재의효과는우수하지만실제자동차에적용되기까지는오랜기간이소요되는데, 이는자동차대량생산과관련하여경량신소재의원활한공급, 타부품과의연계성에따른내구성문제, 신규소재적 KIC News, Volume 16, No. 6,

Figure 17. 섬유복합재료강화재로사용되는 3 차원적섬유직물구조 [7]. 용에따른원가상승등이고려되어져야하기때문이다.

모세준, 한국자동차산업연구소자동차경제, 41 (2013). 2. 김동민, 삼성경제연구소 SERI경영노트 (2012). 3. 허민호, 신한금융투자신한스몰캡레이더, 40 (2001).

오미혜, 화학소재정보은행심층보고서 (2013). 6. 금호미쓰이화학 ( 주 ), 자동차방음재용폴리우레탄폼에대한고찰. 7.

최영옥ㆍ임대영, Fiber Technology and Industry, 14(1), 18 (2010). 10.

윤석한 1998 경북대학교염색공학과공학사 2000 경북대학교염색공학과공학석사 2004 경북대학교염생공학과공학박사 2001 현재 DYETEC 연구원연구개발본부본부장 민문홍 1997

11 Figure 17. 섬유복합재료강화재로사용되는 3 차원적섬유직물구조 [7]. 용에따른원가상승등이고려되어져야하기때문이다. 따라서자동차용경량화섬유소재개발시반드시응용및적용기술도함께고려되어야하며, 이러한관점에서화학ㆍ섬유산업과자동차산업간의기술적연계가더욱필요할것으로보인다. 참고문헌 1. 모세준, 한국자동차산업연구소자동차경제, 41 (2013). 2. 김동민, 삼성경제연구소 SERI경영노트 (2012). 3. 허민호, 신한금융투자신한스몰캡레이더, 40 (2001). 4. 유승을ㆍ정선경, Journal of the korean Society of Automotive Engineers, 31(6), 35 (2009). 5. 오미혜, 화학소재정보은행심층보고서 (2013). 6. 금호미쓰이화학 ( 주 ), 자동차방음재용폴리우레탄폼에대한고찰. 7. 우상국ㆍ한인섭ㆍ김세영ㆍ이기성, 세라미스트, 12(1), 83 (2009). 8. 한국섬유산업연합회, 섬유-자동차산업간융합로드맵기획보고서 (2011). 9. 최영옥ㆍ임대영, Fiber Technology and Industry, 14(1), 18 (2010). 10. 남창우ㆍ박영환ㆍ이범수ㆍ심재윤, Fiber Technology and Industry, 11(1), 1 (2007). 윤석한 1998 경북대학교염색공학과공학사 2000 경북대학교염색공학과공학석사 2004 경북대학교염생공학과공학박사 2001 현재 DYETEC 연구원연구개발본부본부장 민문홍 1997 경북대학교염색공학과공학사 2006 경북대학교염색공학과공학석사 1999 현재 DYETEC 연구원연구개발본부융합가공연구팀팀장 정천희 2007 부산대학교섬유신소재공학공학사 2009 부산대학교유기소재시스템공학과공학석사 2010 현재 DYETEC 연구원연구개발본부융합가공연구팀 서원진 1999 고려대학교화학공학과공학사 2001 고려대학교화학공학과공학석사 2005 고려대학교화학공학과공학박사 2005 현재현대자동차고분자재료연구팀책임연구원 36 공업화학전망, 제 16 권제 6 호, 2013

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<30342DB1E2C8B9C6AFC1FD2DC0AFC1BEC7F D E687770> 유종현 ㆍ조병철ㆍ이원구엔브이에이치코리아 ( 주 ) Development Trend of Chemical Materials for Automotive Sound Insulation Elements Jong Hyun Ryu, Byoung Chul Jo, Won Ku Lee NVH KOREA. INC Abstract: NVH Package 는엔진룸에서발생되어진소음을효과적으로제어하여차량의정숙성을향상시키고강화되는소음법규에대해서대응하기위한부품으로흡음재와차음재로구분되어진다.