가볍고 튼튼한 소재 개발 위한 R&D투자 박차

[미디어펜=김태우기자]자동차업계의 고효율 열풍에 힘입어 화학·철강업계에서도 더 가볍고 튼튼한 소재 개발에 박차가 가해지고 있다.

현재 글로벌 완성차업체들에 불고 있는 친환경바람의 효과로 보다 적은 연료로 많이 가는 차를 만들어내기 위한 연구계발에 관심이 집중되고 있다. 국내 업체인 현대차의 경우만 보더라도 2020년 까지 세계 최고수준의 연비를 달성하겠다고 성명을 발표한바 있다.

▲ 첨단 소재로 무장하고 시판된 최고급 플러그인하이브리드(PHEV) BMW i8/BMW코리아

이를 위해 가장 중요한 것은 무게를 줄이는 방법이다. 가벼운 소재를 쓰면 연비 효율성은 개선되고 이산화탄소 배출량은 감소해 두 마리 토끼를 잡을 수 있다.

이를 위해 가장필요한 것이 소재의 원천적인 다이어트다. 생명을 운반하는 자동차가 안전을 포기하고 무게만 생각해 무조건 가볍게 만들 수는 없기 때문이다. 경량 소재라도 강도는 강철보다 우수하거나 최소한 비슷해야 한다.

1일 관련업계에 따르면 자동차 업계의 이런 갈증을 해소하기 위해 수많은 화학·철강 업계에서 신제품을 선보이며 한 단계 발전된 차량의 연비를 위해 노력하고 있다.

지난 해 LG하우시스는 이를 위해 서울대 화학생물공학부 및 화학공정신기술연구소와 산학협력 협약을 맺었다. 이를 통해 향후 자동차 연비개선은 물론 건축, ITㆍ의료기기 등 다양한 분야에서 사용되는 고분자물질을 개발해 신사업으로 육성할 방침이다.

지난해 말 소재부품 전문회사로 변신한 한화첨단소재는 차량 경량화 `소재부품 ‘글로벌 1위’를 목표로 노력중이고 지난해 소재분야 1조원의 매출액이 올해는 1조1400억원에 이를 전망이다.

이미 저중량 강화 열가소성 플라스틱(LWRT), 유리섬유 강화 열가소성 플라스틱(GMT) 소재로 세계 1위에 올라 있다. 이미 지난해  안전성을 강화한 새로운 범퍼빔 소재 2가지를 개발해 신기술(NET) 인증도 받은 바 있다.

‘차량용 하이브리드 타입 프런트 범퍼빔기술’은 현대차와 함께 3년여 연구개발 끝에 개발됐다. 경량복합소재인 유리섬유 강화 열가소성 플라스틱(GMT) 안에 강철프레임을 넣어 일체 성형시켜 충돌안전성능을 보강했고 기존 철제 범퍼빔 대비 무게를 12% 줄였다.

이어 ‘차량경량화 범퍼빔용 열가소성 아라미드 프리프레그 제조기술’로 지난해 말 NET인증을 받으며 또 한번 NET인증을 받으며 기술력을 입증했다.

슈퍼섬유인 아라미드를 열가소성 플라스틱과 결합, 충돌에너지 흡수력을 극대화해 충돌안전성을 높였다. 금속소재 차량용 범퍼빔 대비 50% 정도 가벼운 차량용 범퍼빔을 제조 개발할 수 있게 됐다.

한화첨단소재는 현재 GMT, LWRT, EPP, SMC, LFT-G 등 경량 복합소재 수 십여종을 생산 중이다. 완성차업체와 함께 신차 설계단계부터 소재와 부품성형을 함께 개발하고 있다. 경량화 소재부품 수요와 품목 확대에 따라 미국 앨라배마공장의 설비 증설에도 나섰다.

도레이첨단소재는 부품보다는 탄소섬유 소재 생산에 역량을 집중하고 있다. 현재 연산 2200t 규모의 공장을 가동 중이며, 생산능력을 2500t 규모로 하고 있다. 탄소섬유는 강철 무게의 4분의 1에 불과하고 강도는 10배, 탄성률은 7배나 높다. 특히, 기아차의 신형 쏘렌토는 선루프 프레임에 도레이첨단의 고강도 탄소섬유가 적용됐다.

이 밖에도 철강업계 곳곳에서도 신소재 개발에 박차를 가하고 있다.

얼마 전 포스텍 철강대학원 연구팀이 개발에 성공해 관심을 모은 신소재가 올 해부터 시험생산에 돌입하고 2~3년 내로 상용화를 목표로 하고 있다.

이 신소재는 티타늄보다 강하고 잘 부러지지 않는 성질인 연신율도 2배 이상 높였다. 가격또한 기존 티타늄의 10분의 1 수준이고 현재 철강라인을 활용해 생산이 가능해 효율적이다. 기존 자동차 강판의 무개보다 13% 정도 가볍고 강도와 연성이 2~3배 높아 미래형 자동차 개발이나 항공부품 개발 등에 획기적인 기여가 예상된다.

업계 관계자는 "미래의 차는 부품 설계 단계부터 경량화에 집중해야 한다"면서 "차량 개발에서 화학업계의 소재기술 기여도가 더 높아질 것"이라고 말했다.