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Elastomers and Composites Vol. 52, No. 1, pp. 48~58 (March 2017) Print ISSN 2092-9676/Online ISSN 2288-7725 DOI: https://doi.org/10.7473/ec.2017.52.1.48 Selection Attributes and Trends of Thermoplastic Elastomers for Automobile Parts Seongkyun Kim *, Joon Chul Park **, Mi Young Jo **, Jun Il Park ***, Jae Yeong Bae *, Seok Jin Choi ****, and Il Kim *, * BK21 PLUS Center for Advanced Chemical Technology, Department Polymer Science and Engineering, Pusan National University, Geumjeong-gu, Busan 609-735, Republic of Korea ** Hyundai Motor Group, Research and Development Division, 150, Hyundaiyeonguso-ro, Hwaseong-si, Gyeonggi-do 445-706, Republic of Korea *** Yooil Rubber Company, Materials Division, Jangan-eup, Gijang-gun, Busan 46034, Republic of Korea **** Hyundai NGV, 314 dong, Seoul National University, Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 151-742, Republic of Korea (Received February 21, 2017, Revised March 7, 2017, Accepted March 9, 2017) Abstract: Thermoplastic elastomers (TPEs), a unique class of polymers, combine the processing ease of thermoplastics with the advanced properties of thermoset rubbers. TPEs can be remelted several times without any significant loss of properties, and can be molded into complex shapes using conventional processing equipment. Due to their characteristics, TPEs are ideal for use in a variety of applications in the automotive field. Although the TPE market of the Republic of Korea is currently at its niche, the increasing manufacturing push from major companies is expected to open up multiple opportunities for these products in the automotive sector. This manuscript highlights a detailed technological trend of the global automotive thermoplastic elastomers market. Keywords: automobile parts, elastomers, thermoplastic elastomers, technology trend, review Introduction 오늘날미국에서만수명을다한자동차가매년약천오백만대에이를정도이다. 자동차를해체한후이를재활용하는것은당면과제가아닐수없다. 수명을다한자동차에서여러가지스페어부품을재활용하기위한기업체도속속등장하고있지만최근에는자동차제조사가수명을다한자동차의부품의재활용에책임을져야한다는목소리도점점높아지고있다. 따라서자동차회사는차량을제조할때연비의효율성은물론수명을다한자동차에대한해체용이성과재생적합성을고려하여야하고가급적이면재생이용이한저독성금속을사용하여야한다. 무게비로보면강철판, 평강철, 알루미늄, 주조강, 아연, 구리, 마그네슘, 납등금속이차지하는비중이자동차의 3/4이상을차지하지만용적으로보면플라스틱과고무 ( 탄성체 ) 가차지하는비중이매우크며, 편이성을추구하는추세에따라비금속재료를사용하는비중이점점늘어나고있다. 1 열경화성합성고무와비교하면열가소성탄성체 (thermoplastic elastomer; TPE) 는설계의유연성이뛰어나고소비자 Corresponding author E-mail: ilkim@pusan.ac.kr 의욕구를충족시킬수있어최근발전은놀라울정도이다. 특히열가소성탄성체를사용함으로써수반되는부품중량의감소는연료소비를줄이고전반적인비용을줄일수있다. 더욱이재생이가능하다는점은 TPE를지속가능한솔루션을제공하는재료의반열에올려놓았다. 다양한 TPE 제품이개발되고있어중단기에자동차시장에서 TPE가차지하는비중은크게증가할것으로예측된다. 그러나합성고무주제조사들도 TPE와경쟁할수있도록고온안정성및설계의유연성탑재한특수제품들을포트폴리오에소개하고있다. 예를들어 Aeon Chemicals는일반그레이드니트릴부타디엔고무 (NBR) 와함께수소화시킨니트릴부타디엔고무 (HNBR), 폴리에피클로로히드린, 폴리아크릴레이트, 불소고무등특수그레이드를함께선보이고있다. 2 이와같은방법은치열한경쟁에서살아남기위한좋은방편의하나가되겠지만재생이불가능하다는점을해결할수없어문제로남아있을소지가있다. 탄성체시장에서중요한동력은여러자동차용부품에서 PVC, 금속등을대체할수있는가능성에있으며, 경쟁플라스틱과복합재료를대체할수있다는점도매력적인요소이다. 시장의크기와성장률측면에서보면아시아태평양 (APAC) 지역이성장을선도를하고있으며, 이는이지역의

Selection Attributes and Trends of Thermoplastic Elastomers for Automobile Parts 49 자동차생산량이크게증가하고있기때문이다. 이지역을제외한시장도꾸준히증가할것으로보이며, 특히아랍에미레이트와터어키가탄성체제조사들에게새로운뜨거운시장이되고있다. 1 북아메리카와유럽의경우자동차생산량이포화수준에이르고있어성장이둔화할것으로예측된다. 역방향으로통합된고분자제조사들은원료가의변동성에잘대처해야경쟁력을유지할수있을것이다. 또한기술지원과고성능제품의안정적공급은경쟁사와차별하는주요인자가될것이다. 자동차용글로벌탄성체시장은 2014년에약 90억불에이르며, 2020년에는 130억불로성장할것으로예측된다. 합성고무에비교하여 TPE가더빠른속도로성장할것으로보이며, 이는기술혁신으로저중량화를구현함으로써연료를절감할수있는제품들이시장에선보이고있기때문이다. 글로벌탄성체시장은모든지역에서합병되고있어브랜드가치가주경쟁요소가되고있고, 제품성능, 가격, 기술혁신이또다른경쟁요소가되고있다. 3 본보문에서는육안으로보이는곳과보이지않는곳에약방의감초처럼널리사용되고있는자동차용탄성체시장의경향을알아보고자한다. 특히수명을다한자동차의재생용이성을고려하면열경화성합성고무보다는열가소성탄성체의중요성이최근들어크게증가하고있다는점을감안하여자동차에사용하고있거나, 사용이시도되고있는재생가능한열가소성탄성체를위주로알아보고자한다. 본보문에서는 타이어는고려하지않았다. Results and Discussion 1. 열가소성탄성체의종류와분류 TPE는고무의성질과열가소성플라스틱의성질을동시에보인다는점에서독특한하나의재료범주에넣을수있다. 열가소성플라스틱과같은방법으로성형할수있고열경화성고무가보이는우수한성능을갖는다. 또한사용후에도열가소성플라스틱과같이다시녹여서복잡한형상의부품으로성형할수있다. TPE는대개고무와같은탄성과유연성을보이며물성의손실없이조립하고, 재분쇄할수있으며재성형할수있다. 따라서 TPE는미래자동차용재료로가장이상적인재료의하나가될것임에틀림없다. 열가소성탄성체는 Figure 1에나타냈듯이크게블록공중합체를기반으로한것과고분자블렌드로제조한것의두가지로나눌수있다. 4 TPE-S (SBC/HSBC) 는스타이렌트리블록공중합체로서양사슬말단이폴리스타이렌블록으로되어있고가운데에는아이소프렌혹은부타디엔블록으로되어있다. HSBC( 수소화스타이렌블록공중합체 ) 는불포화된아이소프렌혹은부타디엔단위를수소화시킨제품이다. TPU( 열가소성폴리우레탄 ) 는우레탄기반선형분절블록공중합체로경성부분과연성부분으로이루어져있다. TPE-U Figure 1. Classification of thermoplastic elastomers.

50 Seongkyun Kim et al. / Elastomers and Composites Vol. 52, No. 1, pp. 48-58 (March 2017) (TPU) 는경성부분 (hard segment) 을구성하는이소시아네이트와연성부분 (soft segment) 을형성하는폴리올을반응시켜제조한다. TPE-E( 열가소성폴리이써에스터 ) 혹은 COPE( 폴리이써에스터블록공중합체 ) 탄성체는경성부분은반결정성폴리부틸렌테레프탈레이트를연성부분은무정형폴리에스터나폴리이써를사용한다. TPE-A( 열가소성폴리아마이드 ) 또는 COPA( 폴리아마이드블록공중합체 ) 에서는나일론 6 혹은나일론 12를기반으로하는폴리아마이드가경성부분을구성하며폴리이써가연성부분을구성한다. 블렌드에의한탄성체인 TPE-O (TPO, 열가소성폴리올레핀 ) 는 2성분탄성체계로서합성고무성분과열가소성폴리올레핀매트릭스에 EPDM을분산시킨성분으로구성되어있다. 여기에사용하는고무성분은가교되지않은것을사용하지만유연성과강인성을배가시키기위해약간가교시킨것을사용하기도한다. TPE-V (TPV, 열가소성동적가교탄성체 : 주로 EPDM/PP TPV) 는화학적으로가교된고무상 (EPDM) 을갖는동적으로가교된열가소성탄성체로에틸렌프로필렌디엔단량체고무 (EPDM) 과폴리프로필렌 (PP) 블렌드가가장널리사용되고있다. 이축스크류압출기에서컴파운딩을할때 PP연속상에 EPDM을균일하게분산시킴과동시에 EPDM 매트릭스가선택적으로화학가교되도록동적가교시스템을설계하여제조하며매우우수한물성을나타낸다. 이와같은탄성체들는 Figure 1에나타냈듯이축합 ( 공 ) 중합, 음이온중합, 찌이글러- 나타촉매를이용한중합등다양한방법으로제조되며, 다양한블렌드제품도시장에나와있다. 2. 열가소성탄성체의성질비교 TPO, TPU, TPV, SBC, COPE, COPA 등대표적인 6가지의열가소성탄성체를자동차에적용하기위해서고려하여야속성은매우복잡하고도다양하다. 일반적으로내마모성, 경도, 내후성, 인간공학적감성, 지속가능성, 가격, 기술적진보, 공급용이성등의인자가중요하다할수있다. 5 위 6가지의열가소성탄성체의내마모성을비교하면 COPE~VOPA~SBC> TPV>TPU>TPO 순이다. 최근자동차바닥매트용으로 SBC가 SBR을빠르게대체하고있는데이는내마모성과제품의마감성질때문이다. COPE는내마모성이매우우수한탄성체이기때문에항속조인트부츠시장을지배하고있다. 경도는 COPA~COPE>TPU>TPO>>TPV순이다. 또한내후성의경우 TPV>SBC>>COPA~TPO~TPU>>COPE순이다. 내후성은웨더씰 (weather seal) 에사용되는탄성체에서가장중요한성질로서어떤형태의외부위험요소로부터도차량내부를보호해야하기때문이다. EPDM의상당부분이 TPV로대체되고있는것은이와같은내후성에기인한다. 인간공학적감성성질도매우중요한데 SBC>TPO~TPU>TPV~COPA>>COPE 순으로볼수있다. 자동차의상당히많은부품은인간의피 부와접촉하게됨으로감성성질의중요성이점점강조되고있으며가성비균형을고려하면이성질에서는 TPO가우수하나감성성질자체는 SBC가가장뛰어나다. 모든종류의열가소성탄성체제조사들은생산제품의지속가능성을제고하려는노력을기울이고있다. TPO, COPA, VOPE, TPU, SBC의지속가능성은유사하며 TPV는낮은수준이다. 재료를선정하는데있어서가격경쟁력은그무엇보다도중요한인자의하나이다. 가격효율성을비교하여보면 TPO>>TPV>TPU>SBC>COPE>COPA 순이며 COPA와 COPE의사용이좀처럼늘지않는것은가격효율성이떨어지기때문이다. 열가소성탄성체의기술적진보성도중요한인자의하나로서이와같은진보성에따라최종요구에부응하는제품과그레이드의창출여부가달라지기때문이다. 현재제품별기술적진보성은 TPO~TPU~SBC>TPV~COPE>COPA 순으로 COPA의발전이더딘것이눈에띈다. 단량체의가용성이떨어지고, 중합공정의복잡성에기인한것으로판단된다. 제품의물성이우수하다하더라도적기에적절한가격으로공급되기어렵다면무용지물이될것이다. 현재글로벌시장에서각탄성체의공급사의수로미루어볼때공급의용이성은 SBC>>TPU>TPO~COPE>COPA 순으로예측된다. 1 3. 자동차용열가소성탄성체적용경향지난수년간 TPE는종래에사용하던가교고무를대체하는과정에서성장하였다. 접합성질이개선되고, 다양한방법으로성형을할수있어설계의다양성이크게개선되었기때문에사용의편리성을지향하는시장의요구에부응할수있었다. 프탈레이트와같은첨가제의사용을제한하고, PVC를비롯한다른공학용플라스틱을대체할수있게된점도기술혁신과함께 TPE의시장을넓히는요인이었다. 6 예를들어슈퍼 TPV의등장은기술혁신의산물이다. 고비용의열경화성탄성체를대체할수있도록설계되었고, 엔진룸과같은보다극한의용도에사용할수있도록이전의 TPV 성능이업그레이드되었다. 현재섭씨 135에서 170도에이르는고온에서오일과그리스가있어도사용할수있는그레이드가시장에나와있다. 오늘날잘발전된특수화학반응을이용하면 TPE를폴리프로필렌, 폴리카보네이트 (PC), 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 (ABS), PC/ABS블렌드, 폴리에스터, 폴리아마이드및폴리스타이렌과같은이종재료에강하게접착시킬수있다. 이와같은기술의발전으로딱딱한플라스틱의표면을 TPE 로처리할수있게되어플라스틱구조물의감성성질을크게개선시킬수있게되었다. 이와같은점이자동차의내장재및외장재에사용하는각종부품에널리사용할수있는원인의하나이다. 바이오 TPE도자동차에적용하는예가점점늘어나고있다. 다른 TPE와는달리바이오 TPE는지속가

Selection Attributes and Trends of Thermoplastic Elastomers for Automobile Parts 51 능한생물자원에서유래한원료를사용한다. 바이오 TPE는다른 TPE가보이는성질과큰차이가없다. 현재실제사용양은미미한편이지만자동차대기업들의요구가증가할것이기때문에향후이제품도흔하게볼수있게될것이다. 자동차용열가소성탄성체가실제로적용되기까지는일련의가치사슬이긴밀한협력관계로역동적인협력관계가이루어져야가능하다 (Figure 2). 화학제조사들이원재료혹은단량체를고분자제조사에공급한다. 탄화수소에기반한원재료외에도식물에기초한생분해성원재료도있을수있다. 고분자제조사는단량체를중합하여 SBC, TPO 및 TPU와같은탄성재료를제조한다. 다우와엑슨모빌과같은거대고분자제조사는역통합을통하여원재료공급과가격의균형을맞추기도한다. 고분자제조사는탄성체를컴파운딩사에직접공급하거나대리점을통하여공급한다. 컴파운딩사는컴파운딩된탄성체를부품제조사에직접공급한다. 직접공급이주를이루는것은부품제조사와긴밀한협의를거친레시피대로컴파운딩이이루어지기때문이다. 이과정에서부품제조사는자동차제조사와의긴밀한협의를통하여특정요구를충족하여추후자동차제조사의규격에적합한제품이나올수있도록레시피가개발된다. 이렇게제조된컴파운딩제품은부품회사로넘겨져자동차회사의규격과설계에적합하도록부품을제조하게된다. 부품이엔진룸, 웨더씰링시스템및다른내외장용으로사용되게되므로각용도에따라서개발되는컴파운딩기술은 TPE를자동차에적용할때중요요소의하나이다. 자동차회사에서새로운부품의요구가있을때그요구에맞추어대응하는방법의예를하나들어보자. 7 다우코닝사는자동차제조사가원하는설계요구에부응하여적극적인기술지원을통하여적기에적합한솔루션을제공하는기업으로유명하다. 북미자동차제조사들은비용절감과까다로운배출규제에대응하기위하여엔진설계를변경하였다. 특수호스제조사로유명한써모폴사는현재보다섭씨 20도에서 30도높은온도에서도견딜수있는재료가필요했다. 더욱이오일과연료의접촉은물론엔진의여러가지가혹한조건에서도견뎌야했다. 써모폴사는유연하고소음과진동을흡수할수 있으며, 내열성이우수하고자동차오일과연료에내성을지니는터보과급기호스가필요했다. 이를해결하기위한가장적합한재료로는실리콘고무를들수있다. 실리콘은내열성이매우우수하기때문에섭씨 200도이상의온도에도처하는터보과급기호스로적합하다. 실리콘고무는엔진룸에있는오일과연료와같은자동차용유체에도높은저항성을지니고있다. 터보과급기호스는낮은투과도, 광범위한온도에서자동차유체에대한저항성과같은탁월한열적성질을가져야한다. 다우코니사는써모폴사에혁신적인다단솔루션을제공했다. 다우코닝사는써모폴사를위해내열성이우수하고내화학성이탁월한실리콘고무를새롭게개발하였다. 이와같이현장적응형솔루션을제공함으로써다우코닝사는새로운제품을시장에출시할수있었고, 써모폴사는자동차제조사의규격에부합하는터보과급기호스를적기에공급할수있게됨으로써결과적으로자동차회사의자동차제품의부가가치도높일수있게되었다. 이와같은토털솔루션이출시되면글로벌시장에서관련제품을선점하는효과도볼수있다는점에서상호협력에의한기술개발의중요성을강조하지않을수없다. 4. 자동차부위별열가소성탄성체적용타이어를제외하고자동차에사용하는열가소성탄성체는 Figure 3에나타낸것과같이크게내장재, 외장재, 성형부품, 엔진룸, 웨더씰의 5개분야로나눌수있다. 1 본보문에서는이 5가지분야의상세한부품에대하여알아보고그부품에사용되는재료와특징에대하여조사하였다. 자동차에사용하는탄성체의용적은 2014년현재웨더씰에 29.1% 로가장많고, 이어서외장재에 22%, 언더후드 ( 엔진룸 ) 에 19.5%, 내장재에 16%, 성형부품용으로 13.4% 사용되고있다 (Figure 4). 1 이와같은추세는 2020년에도크게변하지않을것으로예상되나, 보다나은인간환경공학적가치를가져다주는소재를선택하려는소비자의욕구에따라내장재가차지하는용적이상대적으로점점늘어날것으로전망된다. Figure 2. Value chain for the developments of automobile parts. 4.1. 내장재용열가소성탄성체자동차내장재로사용되는열가소성탄성체는크게에어백, 외피, 바닥재로나눌수있다 (Figure 5). 8 에어백에주로사용되는탄성체는실리콘고무와 TPO이며열안정성, 내열성, 내충격강도, 자외선안정성, 저온내충격성이요구되며, 휘발성유기물질의배출이없어야한다. 여러가지이유로 TPV, TPU 및 COPE를사용하려는움직임도눈에띈다. 에어백커버로는 TPO가가장널리사용되고있는데, 이는커버를제조하는성형기술과깊은관련이있다. 에어백커버는주로사출성형으로제조되기때문에, 성형과정에서열에의해분해가일어

52 Seongkyun Kim et al. / Elastomers and Composites Vol. 52, No. 1, pp. 48-58 (March 2017) Figure 3. Five major automobile sections employing thermoplastic elastomers. Figure 4. Present and future uses of elastomer for automobile parts. 나지않고고온과높은전단응력을견뎌야하고용융유동성이우수하여야한다. 이와같은특성을지닌유일한탄성체가 TPO이며, 가격이저렴하여 COPE와 TPU와같은값비싼재료로대체하기가쉽지않을전망이다. 나일론-6,6와나일론- 6, 폴리에스터등으로제조된에어백을액상실리콘고무로코팅함으로써내구성을향상시키고환경적충격을완화하려는움직임은대세가되어가고있다. 내장재외피에사용되는탄성체역시 TPO가주로사용되고있다. 외피로적합하기위해서는그립특성이우수하여야할뿐만아니라감성적품질 (soft touch) 도우수하여야한다. 또한내스크래치성과내충격강도가우수하여야하고착색성 Figure 5. Interior application scope of thermoplastic elastomers.

Selection Attributes and Trends of Thermoplastic Elastomers for Automobile Parts 53 이담보되면서밀도가낮고, 비중이낮아야하며, 재생이가능하여야한다. TPO외에도 SBC, TPU( 슬러시성형 ), TPV 및 COPE로대체하려는움직임도있다. TPO가 SBC 및 TPU와비교하여가성비가가장우수하다. 그럼에도 SBC를팔걸이, 계기판, 콘솔외피에사용하려는움직임이있는데, 이는 SBC 가갖고있는한계를극복한제조사의노력에기인한다. 예를들어 Kraton의 SBC 기반슬러시성형그레이드는여러부품제조사로부터호평을받고있는데, 이는이제품의비중이낮아경쟁재료보다 40% 나가볍게제조할수있으며, 심미성이뛰어나고보다인간공학적설계가가능하기때문이다. 그러나, 최고급사양의차량에는 TPU가주로사용되는데팔걸이커버로가장선호되는재료로남아있기때문이다. 바닥재시스템에주로사용되는탄성체는 SBC로서내스크래치성과내마모성을갖추어야하고찢김강도가우수하여야하며, 젖은분위기에서도미끄러지지않는특성을나타내야한다. SBR과 TPU도일부사용되고있다. 바닥매트에는 SBR 이대세를이루고있다. 내마모성이뛰어나고찢김강도도우수하기때문이다. 그러나경량화가화두로떠오르면서 SBC 가 SBR를빠르게대체하고있다. SBC를사용하면비중을낮출수있을뿐만아니라강도가상대적으로우수함이속속입증되고있다. TPU는자동차내부음향시스템바닥특히차체금속판과접촉하는층에있는분리기에서주로볼수있다. 합성고무및 TPE 중에서소음감소소재로서 TPU가가장뛰어나기때문이다. 4.2. 외장재용열가소성탄성체외장재로사용되는열가소성탄성체는크게보호용판넬과자동차와이퍼로나눌수있다 (Figure 6). 로커판넬, 범퍼페이셔, 차폐장치, 트림, 사이드몰딩등보호판넬에는 TPO가 주로사용되고있으며, 내충격강도, 내스크래치성, 자외선안정성, 내후성등이중요하며착색성과경도도중요한인자이다. 9 TPO를대체하여 TPU, SBC, 실리콘고무도일부사용되고있다. 로커판넬에 TPO가주로사용되는것은가성비가가장우수하기때문이며, 경쟁탄성체에서는찾아보기힘든경도와내충격성의균형이우수하다. 따라서다른외장재로도널리사용되고있다. 반면에 TPU는마감성질이매우우수하고손쉽게원하는색상을구현할수있으며매우얇은두께에고스크래치에내성을갖도록설계할수있어고급사양의차종에적용되고있다. 실리콘의사용양도서서히늘어나고있는데내후성이매우우수하고자외선안정성이뛰어날뿐만아니라해당부품의중량을줄이는데특히효과적이기때문이다. 자동차와이퍼에는 EPDM이주로사용되고 CR이나실리콘이적용되는경우도있다. 무엇보다도내구성이중요하며, 이외에도내후성, 자외선안정성, 팽윤저항성, 흐름성과함께부드러운마감성질이중요하다. EPDM이주로사용되는것은자외선안정성과팽윤저항성이우수하기때문이며물론가성비의균형도우수하기때문이다. CR은무엇보다도내구성이매우우수하며내마모성이뛰어난특징이있으나열경화성고무라는단점이있어 EPDM이시장을계속해서지배할것으로보인다. 실리콘고무는최고급사양의차에만적용될것으로예측된다. 4.3. 엔진룸 ( 언더후드 ) 용열가소성탄성체엔진룸에사용되는탄성체는매우여러가지이며육안으로볼수없는부품이많이있다 (Figure 7). 또한극심한환경에서도탄성을유지해야하는경우가많아열가소성탄성체로대체하기어려운부품이많다. Table 1에엔진룸에사용 Figure 6. Exterior application scope of thermoplastic elastomers.

54 Seongkyun Kim et al. / Elastomers and Composites Vol. 52, No. 1, pp. 48-58 (March 2017) Figure 7. Under hood application scope of thermoplastic elastomers. 되는열경화성고무의종류와간단한특성을나타냈다. 전달계통에사용하는호스에도여러가지가있다. 호스중에서연료호스에주로사용되는탄성체는아크릴로니트릴-부타디엔 고무 (NBR) 이며경쟁탄성체로는불소고무, 실리콘, 수소화아크릴로니트릴-부타디엔고무 (HNBR), 에피클로로히드린고무 (ECO) 등이있다. 내열성이우수해야하고, 침투성강한 Table 1. Type and properties of representative thermosetting elastomers for automobile parts. 10 Synthetic rubber Key properties Application Polyacrylic Rubber Polychloroprene (Neoprene ) Epichlorohydrin EPDM Fluoroelastomer (Viton ) Nitrile Rubber (NBR) Hydrogenated Nitrile Rubber (HNBR) resistant to ozone and weathering, Water poor water resistance, very low resilience below 70 C excellent balance of physical and chemical properties, low gas permeability, excellent flame resistance, excellent rubber-metal bonds and good resilience, poor electrical properties similar to nitrile rubber but with better heat, oil and petrol resistance, excellent resistance to acids, alkalis and ozone, poor compression set limits excellent heat, ozone and chemical resistance, good physical properties and resistance to polar fluids, excellent low temperature resistance and electrical resistance, poor resistance to petroleum based fluids and di-ester lubricants most suitable rubbers for continuous use at temperatures of 200 C and up to 300 C for short periods, excellent resistance to ozone and weathering, oils and most chemicals, expensive, unsuitable for use with phosphate esters and ketones moderate physical properties but good abrasion resistance, low gas permeability, poor ozone resistance, electrical properties, and flame resistance, not suitable for use with use with polar solvents, compounded with PVC to improve ageing, flame, petrol and ozone resistance better oil, chemical, and thermal resistance than NBR, excellent resistance to sour oil and gas, steam, hot water and ozone, excellent physical properties and dynamic behaviour at elevated temperatures, poor electrical properties, poor flame resistance and attack by aromatic oils and polar organic solvents vibration damping, automotive transmissions components requiring resistance to hot oil or fuel belting, coated fabrics, cable jackets, seals and gaiters fuel systems, bladders, diaphragms and rollers accumulator bladders, cable connectors and insulators, diaphragms, gaskets, hoses and seals accumulator bladders, diaphragms, gaskets, O-rings and seals operating in especially harsh environments accumulator bladders, diaphragms, gaskets, hose, liners, O-rings and seals accumulator bladders, diaphragms, gaskets and seals, especially for the oil and gas industries Working temperature -10~150 C -35~100 C -35~125 C -45~150 C -10~200 C -25~100 C -25~175 C

Selection Attributes and Trends of Thermoplastic Elastomers for Automobile Parts 55 자동차연료, 첨가제, 미네랄산, 오일, 윤활유등과접촉하여부풀지않고침투되거나분해되지않아야함은물론압축변형저항성이우수하여야한다. 냉매호스에는 EPDM이주로사용되며, NBR, 네오프렌혹은폴리클로로프렌고무 (CR), TPV, 실리콘등을사용하기도한다. 역시내열성이뛰어나야하고유연성과함께저온저항성, 내오존성, 수분침투저항성이우수해야한다. 오일호스로는 NBR이주로사용되고, HNBR, 불소고무, 실리콘, 폴리아크릴고무 (ACM) 이함께사용된다. 내구성, 인장강도, 내오일성, 흐름성이중요하다. 라디에이터, 터보과급기, 브레이크, 클러치및공조시스템과같은곳에사용하는호스로는 EPDM이주로사용되고 SBR, TPV, 실리콘등이경쟁재료이다. 내구성, 찢김강도, 내팽윤성, 압축변형저항성, 내침투성이뛰어나야한다. 다른경쟁재료에비하여여러가지물성에서뛰어나기때문에연료호스로불소고무가오랫동안주로사용되었다. 가격또한저렴한편이지만배출가스규제가심화되고, 엔진룸온도가높아짐과아울러연료혼합이달라지면서사용양이급격히줄고있다. 불소의양을조절하여 NBR과실리콘대비비교우위재료로남으려는시도가이루어지고있다. 예를들어불소의양을낮춤으로서압축영구변형을줄일수있으며연료내성도향상시킬수있다. 불소의양을크게하면산화물의침투를막는데효과적이다. NBR은오일호스용시장을지배하고있는데이는이재료가내오일성이뛰어나고다른경쟁재료와비교하여가격경쟁력을갖고있기때문이다. 그러나, 최근들어 HNBR로빠르게대체되고있는데엔진룸에필요한내열성을보완하기위한방편이다. 냉매와공조호스로는우수한저온물성과내침투성및내팽윤성으로인하여 EPDM이주로사용되고있다. TPV의사용양이점점늘어나고있는점이눈에뛰는데이는자동차부품의경량화, 설계의신축성요구에부응할수있기때문이다. 그러나, 실리콘고무도특히고급사양의차종에서냉매및터보과급기호스로사용되고있는데이는 EPDM 및다른열경화성고무와열가소성플라스틱에비하여여러가지물성의균형이우수하기때문이다. 즉, 파단, 벗겨짐, 오존및노화내성이우수하고고온피로내성을강화할수있는아라미드강화그레이드의설계도가능하다. 튜브와배관에는 COPE가주로사용되고, EPDM, TPV, NBR, ECO, AEM, 불소고무등도사용되고있다. 튜브와배관에사용하기위해서는내구성, 내후성, 자외선안정성, 팽윤저항성, 내화학성, 찢김강도, 흐름성등이우수하여야한다. EPDM과 COPE가주로사용되며, COPE는내유성과내화학성이뛰어나고구부림강도가우수할뿐만아니라기계적강도도전반적으로우수하여최적의열가소성탄성체라할수있다. 이와같은물성때문에 COPE는 PVC와다른플라스틱을대체하는재료로도사용되고있다. ECO, SEM, 줄소고무등은가격이비싸고특이한성질을갖고있어최고급사양의 차에만적용되고있다. 엔진벨트에는 CR, EPDM, NBR 등이주로사용되고있다. 엔진벨트로사용하기위해서는피로내성, 내마모성, 내노화성, 내열성, 내후성, 내오존성, 내수성, 내화학성등이우수하여야하기때문에이들탄성체외에다른탄성체는거의사용되지않고있다. 영하 10도에서영상 145도에이르는광범위한온도에서동적피로내성과내마모성이특히중요하고압축줄음율도낮아야하기때문에브이벨트에 CR이주로사용되고있다. 그러나, 가격적인이유로 EPDM과 NBR도사용되고있다. 전선과케이블재킷에는 COPE가주로사용되고, TPV, TPU, 불소고무, AEM/ACM, 실리콘고무등도사용되고있다. 고온내구성, 오일과그리스에대한내성, 내부식성, 내파단성이우수하여야하고, 할로겐을사용하지않는난연성의조건도갖추어야한다. 엔진룸의전선과케이블재킷에 COPE 가널리사용되고있는것은 1) 저온 ( 70 o C) 신축성이우수하고내열성 (125 o C) 도우수하기때문이며, 2) 오일, 그리스및다른화학물질에대한내성이매우우수하고, 3) 할로겐이전혀없는탄성체이기때문이다. TPU는센서, 제어및배터리케이블에사용하려는시도가이루어지고있으나저온신축성, 내후성, 내마모성, 인열저항성과같은성질이 COPE에미치지못하다는점을주의해야한다. 자동차산업이성장하면서보다복잡한성능이요구되기때문에전자디바이스가점점더조밀해지고통합되고있다. 따라서내열용량이크게상승할수밖에없고광범위한온도차이에도견디는실리콘과같은소재에대한관심이높아가고있다. 현재실리콘은여러가지센서에일반적으로적용되고있다. 씰과개스킷으로는 NBR이주로사용되고, EPDM, CR, HNBR, ACM, 불소고무, 실리콘고무등도사용되고있다. 고온내구성, 오일과그리스에대한내성, 내파단성이우수하여야하고, 압축줄음율이낮아야하며저온신축성이뛰어나야한다. 실, 특히오링에는 NBR이가장보편적인재료이다. 주로변속장치, 엔진커버씰, 유출방지백밸브, 오일필터씰에사용되고있으나연료씰과개스킷용으로불소고무의사용이점점늘어나고있다. 고온내구성이우수하기때문이다. EPDM 은내후성과저온신축성이필요한냉매씰, 라디에이터펌프씰, 환경씰및실린더라이너씰등에계속사용되고있다. 이와같은용도에서더우수한재료로는실리콘고무가있다. HNBR과 ACM과같은특수탄성체는고급사양의차량에특수한씰과개스킷용으로사용되고있다. 4.4. 웨더씰용열가소성탄성체웨더씰은크게차체씰과유리창씰로나눌수있다 (Figure 8). 11 차체씰에는 EPDM이주로사용되고, TPV, SBC, 실리콘고무등도사용되고있다. 초고온및저온내구성, 구동진동에적응하는신축성, 자외선안정성, 오일과연료, 세척액

56 Seongkyun Kim et al. / Elastomers and Composites Vol. 52, No. 1, pp. 48-58 (March 2017) Figure 8. Weather seal application scope of thermoplastic elastomers. ( 메탄올 ) 에대한내성, 소음차감성이우수하여야한다. 유리창씰에도 EPDM이주로사용되고, TPV, SBC, 실리콘고무등도함께사용되고있다. 자외선과오존안정성이우수하여야하고, 초고온및저온내구성, 구동진동에적응하는신축성, 자외선안정성, 오일과연료, 세척액 ( 메탄올 ) 에대한내성, 소음차감성이우수하여야한다. 경쟁재료에비하여가성비균형이가장우수하기때문에차체씰에는 EPDM이지배하고있다. 뛰어난내오존성, 내노화성, 내후성은 EPDM의주특성이며 150 o C까지사용할수 있는내열성과저온신축성과어우러져창문, 후면데크웨더스트리핑씰등의이상적인재료이다. 그러나, 최근에차체및유리창씰에상당히많은양의 EPDM이 TPV로대체되고있다. TPV를사용하면경화공정이필요없고후손질공정을단순화시킬수있어싸이클시간이크게줄어든다. 따라서생산성이크게개선되고최종부품의가격을낮출수있게된다. 그럼에도전통적인일반 TPV제품은 EPDM에비하여접착성이크게떨어져성형제품을 TPV로완전대체하기는어려울것으로전망된다. 많은자동차회사들은고성능 TPV 제품보다 Figure 9. Various molded parts application scope of thermoplastic elastomers.

Selection Attributes and Trends of Thermoplastic Elastomers for Automobile Parts 57 는아직까지도 EPDM응사용하는것을선호하고있다. 프레스로부터탈형하거나조립에서창문에마운팅하는등의여러제조과정에서탈리가일어날수있는위험을방지하기위해서이다. 대부분의로커패널이 TPO로생산되기때문에로커패널씰로 TPO가널리사용된다. 실리콘은새로운재료로특히선루프씰에유용하다. 고온에서도열화없이장기사용이가능하기때문이다. SBC는 EPDM과경쟁하는재료로서 UV 안정성이뛰어나특히창문씰에사용할수있다. EPDM 기반부품의경우자외선에오랫동안노출할경우변색되고심지어는파손까지일어날수있다. 4.5. 성형부품용열가소성탄성체자동차에사용되는성형탄성체부품은종류도다양하고각부품별로갖추어야하는조건도까다롭다. 그러나, 크게부츠 / 벨로우즈, 마운트, 그로밋등 3가지로분류할수있다 (Figure 9). 12 부츠와벨로우즈에는 COPE가주로사용되고, 실리콘고무, CR, TPV, EPDM 등도함께사용되고있다. 부츠와벨로우즈에사용하기위해서는내마모성, 오일과그리스에대한내성, 저온신축성, 고온내성, 굴곡피로내성의성칠을갖추어야한다. 내구성, 성능및성형성의최적밸런스를가지고있는소재가 COPE로서가혹한조건에서도사용할수있는시스템비용이가장낮다. 따라서부츠에가장널리사용되고있으며, 과거수년간내환경성과내피로성에서문제를안고있는 CR과 EPDM을빠르게대체하였다. 더욱이엔진룸과새시의조업온도가상승함에따라고온에서도동적인굴곡피로내성이뛰어난실리콘고무에대한관심도높아지고있다. 다우코닝과같은메이저사들은 COPE를실리콘고무로대체하기위한다양한종류의실리콘고무를시장에출시하고있어매우가혹한조건을견디는실리콘고무의전망도밝다할수있다. 엑손모빌과같은 TPV 제조사들도새로운그레이드를출시하고있으나 COPE와강력한경쟁을해야한다는점에서부츠용으로수요가늘어날것으로보이지는않는다. 마운트에는 EPDM, NBR, TPU가주로사용되고, COPE, CSM, HNBR, SBC, PVE, TPV 등도함께사용되고있다. 마운트에적용하기위해서는엔진오일에대한내성이뛰어나야하고, 진동흡수능력이탁월해야하며, 마감성, 접착성도우수하여야한다. 엔진마운트에는 NBR과 EPDM이주로사용되는데소음과진동을줄이는데탁월하기때문이다. HNBR과 CSM과같은특수제품은가격을고려한자동차회사의판단에따라사용이좌우된다. TPU는탁월한마감성으로자동차내부의미적감각을향상시킬수있어 SBC와함께차체마운트에주로사용된다. 그로밋에는 COPE가주로사용되고, EPDM, TPV, NBR, ECO, PVC, AEM, 불소고무등도함께사용되고있다. 그로밋에사용하기위해서는내구성, 내환경성, 자외선안정성, 팽 윤저항성, 내화학성, 인열저항성, 유동성이우수하여야한다. 산업현장에서 CR을 NBR로대체하는움직임이눈에띄는데엔진오일에대한내성때문이며, 결과적으로수명을연장시킬수있기때문이다. 그러나, 그로밋용으로 SBC가가장빠르게성장하고있다. 내노화성과내파단성이최적이기때문이다. 5. 자동차용열가소성탄성체적용전망자동차용열가소성탄성체중에서 TPO를선택하려는경향이매우강한편이다. 사실 TPO는내장재와외장재용으로이미시장을지배하고있기때문에 TPO제조사들은시장확산을위한노력을기울이고있다. 열가소성탄성체재료로서 TPU를선택하려는경향도큰편이다. 내장재와외장재용으로대세가되고있는 TPO와경쟁에서살아남기위해서는 TPU제조사들은가성비균형을맞출수있는특단의방향을모색하여야할것이다. COPE도가격이점점낮아지고있어항속조인트부츠외에도여러성형부품에적용하려는움직임이강한편이다. 현재 TPO를선택하려는경향은보통인편이다. 이를타파하고웨더씰에적용하기위해서 TPV제조사들은내마모성과금속및타플라스틱부품과의접합능력을배가시킬수있는제품의개발을서둘러야할것으로보인다. 자동차제조사에서 SBC의선택에대해서소극적인편이다. SBC 제조사들은탁월한내후성을지닌제품을개발하여 SBC 가가장적합할것으로보이는창문캡슐화용으로선점해야할것으로보인다. COPA를선택하려는경향은보통인편이지만가격이비싸쉽게적용할수없는단점이있다. 따라서소비자가원하는규격과선호도에적합한특수제품을계속하여개발해나가야할것으로보인다. Conclusion 사실부품이자동차에장착되기까지는자동차회사, 부품제조사, 컴파운딩사및탄성체제조사가긴밀한협조가이루어져야가능하다, 자동차제조사에서항상관심을기울이는주요인자는경량화, 연비, 가격, 브랜드균일도, 글로벌가치, 제품포트폴리오이다. 반면부품제조사는기술지원, 부가서비스, 최적리드타임, 가성비, 자동차사인증기준확보등의인자에주로관심이있고, 컴파운딩사는설계의유연성, 최적의기계적, 화학적성질, 공급선확보, 기술지원등의인자에관심이있다. 이와같은인자에미치지못하는요구사항이발생되면탄성체제조사와협조하여해결하여야하며, 새롭게설계, 제조된그레이드는컴파운딩사에제공되어부품회사로컴파운딩제품이넘겨져부품으로제조한후자동차회사가요구하는수준에도달하는지를시험하는과정을반복하게된다. 탄성체제조사와컴파운딩제조사가통합되면이과정을

58 Seongkyun Kim et al. / Elastomers and Composites Vol. 52, No. 1, pp. 48-58 (March 2017) 줄일수있으므로보다신속하고정확하게자동차제조사의요구에부응하는제품을창출할수있고, 따라서치열한경쟁에서이길수있는방안의하나가될것으로보인다. 자동차시장에서종래의열경화성고무를재생사용이가능한열가소성탄성체로대체하는일은거스를수없는대세이다. 이와같은흐름에서자동차회사, 부품제조사, 컴파운딩사및탄성체제조사가보다실질적이고적극적인협력관계를유지하면서자동차의특정부품이요구하는규격을만족할수있는그레이드를창출하는일은탄성체원료를시술선진국에서수입함으로써오는불편함과외화낭비를줄일수있고, 적기에글로벌시장에서경쟁할수있는제품을창출할 수있는유일한방법이며, 각사모두에게이득이되는전략이라할수있다. Acknowledgments 이연구는핵심소재원천기술개발사업 (2단계) 의연구비지원으로진행되었습니다. 현대자동차그룹과유일고무 의연구비지원에도감사드립니다. References 1. R. Eller, Thermoplastic Elastomers in the Automotive Market: Trends and Developments, Plastics in Automotive Asian Plastics News, Bangkok, Thailand, August 27-28, 2015. 2. R. Eller, Future Potential and Intermaterials Competition in Lightweight Automotive Composites, SPE Automotive Composites 2004; Detroit, October 8, 2004. 3. R. Young, Global Developments in Thermoplastic Elastomers, 10th TPEs Innovation and Downstream Conference, Guangzhou, China, August 22, 2013. 4. G. Holden, N. R. Legge, R. P. Quirk, and H. E. Schroeder, eds., Thermoplastic Elastomers, 2nd ed., Hanser & Hanser/ Gardner, Munich 1996. 5. J. G. Drobny, Handbook of Thermoplastic Elastomers, 2nd ed., Elsevier, 2014. 6. R. Eller, Current Status and Future Potential for Polyolefins, TPOs, and TPEs in the Global Automotive Market, SPE International Polyolefins Conference, Houston, February 27, 2012. 7. Case study, Thermopol and Dow Corning innovation lowers OEM costs, increases temperature performance to reduce emissions, Thermopol Inc., https://www.dowcorning.co.kr/ ko_kr/content/publishedlit/45-1541-01.pdf 8. R. Eller, Current and Future Prospects for TPOs and TPEs in Auto Interiors, SPE TPO Automotive Engineered Polyolefins, 2016 SPE Shanghai TPO Conference, March 22-24, 2016. 9. R. Young, Effect of Environmental Issues and the Impact on Future Growth of TPEs, 5th International Conference for S & SE Asia on Future Developments of Thermoplastic Elastomers, Bangkok, Thailand, September 1, 2011. 10. http://www.elastomer.co.uk/materials/ 11. K. E. Kear, Developments in Thermoplastic Elsatomers, Rapra Review Reports Vol. 23, Rapra Technology, 2003. 12. J. A. Brydson, Thermoplastic Elastomers-Properties and Applications, Rapra Review Reports Vol. 7, Rapra Technology, 1995.