기획특집: 자동차용 화학소재 - CHERIC · 2014-08-13 · 26 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013 자동차용 섬유화학소재 개발 동향 윤 석 한†ㆍ정

26 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013

자동차용 섬유화학소재 개발 동향

윤 석 한†ㆍ정 천 희ㆍ민 문 홍ㆍ서 원 진*

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: 세계 각국 정부의 자동차 연비효율 및 배기가스 규제 강화에 따라 완성차업체는 자동차 경량화를 위한 지속

적인 노력을 하고 있다. 차량 경량화를 위한 방안으로는 기존의 철강소재를 엔지니어링 플라스틱, 섬유강화 플라스틱,섬유강화 복합재료 등 경량 소재로 대체하는 방법이 있다. 본 기고에서는 자동차의 경량화에 초점을 맞추어 자동차용

경량소재, 자동차용 섬유소재 및 제품화 동향을 소개하고 향후 전망을 설명하고자 한다.

Keywords: automotive plastics, automotive textiles, lightweight materials, fiber reinforced plastics

1. 서 론1)

자동차업계의 전문 컨설팅 기업인 A.T.Kearney는 2020년까지 자동차부품 소재 중 철강소재의 비

중은 55%로 감소하고, 플라스틱 소재가 18%를

차지할 것으로 전망했다. 반면에 고무부품 관련

소재는 5∼7% 비중으로 꾸준히 유지할 것으로 전

망하고 있다. 이러한 수치는 세계 각국 정부의 자

동차 연비효율 및 배기가스 규제 강화로 제조사들

의 자동차 경량화를 위한 노력과 이에 따른 연비

향상과 직결되는 예측 수치로 보인다. 세계 각국 정부는 지구온난화 방지와 관련 온실

가스의 배출을 줄이고, 석유의존도를 낮추기 위해

자동차의 연비효율 및 배기가스 규제를 강화하고

있다. 미국의 경우 2009년 법안 개정을 통해 2016년까지 승용차와 경트럭의 평균 연비를 각각 39.0 mpg (16.6 km/ℓ), 30.0 mpg (12.8 km/ℓ), 35.5 mpg (15.1 km/ℓ)로 강화했다. 유럽은 자동차 이

산화탄소 배출기준을 2015년 130 g/km, 2020년

†주저자 (E-mail: [email protected])

105 g/km으로 설정하고 2012년부터 2018년까지

초과 이산화탄소 배출 g당 €5∼95로 누적된 벌금

을 지불하도록 하고 있다(2019년 이후에는 €95를 부과). 또한 우리나라도 2009년 7월 기존 11.7 km/ℓ에서 2015년까지 17.0 km/ℓ로 연비규제를

강화한 바 있다. 자동차의 연비를 개선하기 위한 방법으로는 고

효율 GDI(직분사)엔진 장착, 엔진 다운사이징, 6/8단 변속기 채용 확대, xEV 개발 등 고효율 구동기

술 채택, 차량 경량화 등이 있다. 특히 자동차 중

량이 10% 감소되면 연료소비가 7% 감소되어 연

비가 1ℓ당 1 km 개선되는 것으로 알려져 있다. 이에 따라 글로벌 완성차업체들은 차량 경량화를

위한 투자를 확대하고 있는 추세이다. 차량 경량

화를 위한 방안으로는 최적설계 및 부품성능 극대

화를 통한 부품수 감소, 고장력강, 알루미늄, 마그

네슘, 엔지니어링 플라스틱, 섬유강화 플라스틱, 섬유강화 복합재료 등 경량 대체소재 적용 등이

있다. 이 가운데 경량 대체소재 적용은 부품의 자

체중량 감소뿐만 아니라 최적설계 및 부품통합을

가능하게 하여 경량화 효과를 극대화할 수 있다.

기획특집: 자동차용 화학소재


KIC News, Volume 16, No. 6, 2013 27

Figure 1. 자동차 소재별 구성 비중[1].

소재2000년 2005년 2010년 CAGR

(%)무게(kg) 함량(%) 무게(kg) 함량(%) 무게(kg) 함량(%)

금속철강 1,172 65.9 1,161 63.3 1,109 60.5 -0.6

비철금속 197 11.1 223 12.2 235 12.9 1.8

화학플라스틱 130 7.3 151 8.2 172 9.4 2.8

합성고무, 케미컬 200 11.2 211 11.5 233 12.7 1.5

유리 및 기타 79 4.4 87 4.7 82 4.5 0.6

합계(차량무게) 1,778 100.0 1,833 100.0 1,831 100.0 0.3

Table 1. 미국 자동차 구성 소재의 함량 변화[2]

Figure 2. 세계 각국 정부의 연비규제 목표[3].

자동차 내외장 부품의 경우 주로 PP, ABS 등 범

용 플라스틱이 사용되고 있으며, 플라스틱화할 수

있는 부품은 이미 대부분 플라스틱화되어있는 상

황이다. 그러나 향후에는 엔진 및 공조, 연료부품

등에서 금속 대체수요 증가, 전장 및 안전대책 부

품 채택 증가, xEV시장 확대에 따른 2차전지, 모터 등 신규 무거운 부품의 경량화 요구 증대 등으

로 범용 및 수퍼 엔지니어링 플라스틱, 슈퍼섬유, 섬유강화 복합재료 등 고기능성 소재의 채용이 증

가할 전망이다. 특히 내외장재에서 공조부품, 연료

부품, 전자부품, 엔진부품으로 갈수록 내열성과 강

도, 난연성 등의 특성을 지닌 고성능 경량 대체소

재가 요구된다. 한편, 자동차의 경량화 측면에서 섬유소재는 소

재 자체가 가지고 있는 경량 특성 및 기타 특성으

로 인해 매우 각광받고 있는 소재이다. 자동차에

사용되는 섬유소재의 형태는 직물/편물, 부직포, 복합재 등이 있으며, 직물/편물 원단이 여전히 주

류이지만 부직포 및 복합재 형태의 소재 사용량이

증가추세에 있다. 경량화 등의 목적으로 기존 자

동차 부품 소재의 대체 용도 및 광섬유, 도전성 섬

유 등과 같은 고기능 섬유소재에 의한 새로운 용

도로 적용 범위가 확대될 전망이다. 자동차 완성

차 1대당 사용되는 섬유소재의 양은 1990년대 20 kg, 2006년에는 28 kg, 현재는 약 35 kg 정도로 그

사용량이 증가하고 있으며, 향후에도 꾸준히 증가

할 것으로 전망된다. 본 기고에서는 자동차의 경량화에 초점을 맞추

어 자동차용 경량 소재, 자동차용 섬유 소재 및 제품

화 동향을 소개하고 향후 전망을 설명하고자 한다.

2. 자동차용 경량 소재

2.1. 엔지니어링 플라스틱

엔지니어링 플라스틱은 범용 플라스틱의 최대

약점인 열적 특성과 강도, 마모성 등 기계적 특성

을 향상시킨 제품으로 150℃ 이상에서 장시간 사


28 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013

구분 바스프 사빅 듀폰

소재 폴리아미드 복합소재 폴리카보네이트 복합소재 유리섬유강화 폴리아미드

특징 무게 45% 감소 무게 50% 감소 사용가능 온도 210℃용도 휠, 시트 유리, 패널 엔진부품

Table 2. 자동차용 엔지니어링 플라스틱 개발 사례[2]

Figure 3. 세계 자동차용 섬유 수요량[8].

Figure 4. 아세안 지역의 자동차용 섬유 사용량[8].

Figure 5. 자동차용 플라스틱 이용비율[3].

Figure 6. 자동차 부품별 주요 플라스틱[3].

용여부에 따라 범용 엔지니어링 플라스틱(150℃

미만)과 수퍼 엔지니어링 플라스틱(150℃ 이상)으로 분류할 수 있다. 범용 엔지니어링 플라스틱은

폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에

틸렌 테레프탈레이트, 변성 폴리페닐렌옥사이드

등 5가지 플라스틱이 주로 이용된다.

2.2. 섬유강화 플라스틱

플라스틱을 매트릭스로 하여 유리섬유, 탄소섬

유, 아라미드섬유 등으로 강화한 복합재료의 총칭

이다. 매트릭스에는 불포화 폴리에스테르와 에폭

시 수지 등의 열경화성 수지 또는 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지가 사용

된다. 유리섬유 강화플라스틱(GFRP : Glass Fiber Reinforced Plastics), 탄소섬유 강화플라스틱(CFRP : Carbon Fiber Reinforced Plastics) 등이 널리 사

용되고 있다. 최근에는 내장재뿐만 아니라 엔진부품, 차체 등

높은 수준의 강도와 내열성이 필요한 부분에 섬유

강화 플라스틱을 채용한 다양한 컨셉 카들이 등장

하고 있다. 현대차는 유리와 판넬을 고분자 복합

재로 만들어 무게를 60 kg 줄인 ‘카르막’을 2007년 제네바 모터쇼에서 공개하였다. 폭스바겐은 2011년 카타르 모터쇼에서 탄소섬유를 사용한 무게

795 kg, 연비 111 km/L의 컨셉 카 ‘XL1’을 공개



완성차업체-소재업체 양산 개시 목표 적용 모델 연간 생산 목표

다임러-도레이 2012년 2인승 벤츠 SL 1만∼2만대

BMW-SGL 2013년 전기차 i3 및 i8 4만∼8만대

GM-데이진 2020년 GM전차종 100만대

Table 4. 자동차용 섬유소재 분류[8]

구분 분야 주 요구성능 품목

Skin 시각, 촉각과 관련된 분야 감성시트, 그래쉬 패드, 도어트림, 헤드라이닝, 내장 트림, 도어 패널, 필라, 인스트루먼트 패널 등 부품, 마감재 및 스킨 등

Cushion 시트폼, 도어내부 마감재 친환경 시트 쿠션재, 백레스트 및 헤드레스트 쿠션재 등

Safety 안전과 관련된 분야 내구성 타이어코드, 에어백, 안전밸트 등

NVH 흡/차음재 분야 경량화, 연비향상엔진소음, 우타음, 차량실내소음, 노면소음 및 풍절음 감소를 위

한 커버, 흡음패드, 바닥매트 등

강성재 금속소재 대체소재경량화, 연비향상,

친환경

내장재용 헤드라이너, 도어트림, 필라트림, 인스트루먼트 패널 및

시트백 패널, 외장재용 및 차체 및 프레임용 펜더, 범퍼 및 빔 등

Table 3. 완성차-소재업체의 탄소섬유 복합재 합작추진 사례[2]

Figure 7. 섬유강화플라스틱 적용 컨셉 카 : 현대자동차 ‘카르막’(左), 폭스바겐 ‘XL1’(右).

하였다. 장기적으로는 차체 등 주요 부품의 소재

가 철강에서 탄소섬유 복합재로 대체될 전망이다. 그러나 현재 탄소섬유의 가격은 1 kg당 30달러 수

준으로, 자동차 부품 소재로 사용되기 위해선 10달러 이하로 낮출 필요가 있으며, 가격보다 성능

이 중시되는 F1용 자동차 차체는 100% 탄소섬유

복합재료로 제작되고 있다.

3. 주요 자동차용 섬유소재 및 부품

자동차에 사용되고 있는 섬유 소재 및 부품은

매년 증가하고 있는 추세이다. 자동차에 사용되는

섬유제품으로 잘 알려진 시트커버, 카펫, 헤드라이

너, 안전벨트, 에어백 등에서부터 공기정화용 필터

(에어필터), 연료 필터, 각종 흡음재, 타이어코드, 배터리 분리막, 각종 호스류 및 벨트류 등 외부에

노출되지 않는 여러 가지 기능의 섬유제품들이 사


30 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013

Figure 8. PLA섬유를 이용한 자동차 시트[8]. Figure 9. 케나프를 사용한 토요타 차량 부품[4].

용되고 있다.

3.1. Skin 분야

Skin 분야에 해당되는 섬유소재는 카시트, 헤드

라이너, 트림, 필라, 인스트루먼트, 매트 등에 사용

되는 것으로 인체와 쉽게 접촉할 수 있는 내장재

부품들이 이에 해당된다. Skin용 섬유소재의 경우

는 색상이나 디자인에 관한 성능인 의장성, 내광

성이나 내마모성, 착용쾌적성을 위한 보온성, 방오

성, 항균성, 소취성, 투습/방수성 등 고기능성 부여

와 동시에 환경부하가 적은 친환경 재료의 사용

등이 요구된다. 보온성을 위한 발열시트 개발 현황은 국내의 경

우 패브릭 또는 가죽 시트커버 내부에 발열용 동

선 또는 필름 형태의 발열체가 내장된 시트커버를

사용하고 있다. 탑승자의 하중이 작용되는 시트

특성상 신체조건을 감지하는 센서와 연결되는 신

호전달선이 신축구조가 아니어서 지능형 시트의

구현이 불가능한 상태이다. 해외의 경우도 Gerbing사, Mapline사, Burton사 등의 제조사에서 신축성

이 전혀 없는 탄소섬유나 전도성 잉크로 프린팅한

발열부를 구비한 발열제품을 제조, 시판하고 있는

수준으로 국내와 마찬가지로 직물형 발열시트는

개발되어 있지 않고, 신축성을 갖는 신호전달선에

관한 기술개발은 미미한 실정이다. 미국에서는

여름철에는 너무 뜨겁고 겨울철에는 너무 차가운

자동차 시트의 단점을 보완하기 위해 자체적으로

열을 방출하고 저장하는 smart fabric시트를 GM, FORD에서 개발하여 Pontiac GTO, Mustang GTR에 장착하여 자동차 업계와 소비자들의 관심이 집

중되고 있다. 친환경 시트 소재는 소비자의 인식이 높아짐에

따라 국내 자동차에서도 친환경 제품으로 리사이

클, 생분해성 제품의 채택 빈도가 높아지고 있으

며 기아자동차의 경우 2012년부터 일부 제품이 적

용되고 있다. 해외의 경우 Toyota에서 PLA를 사

용하여 매트 및 러기지 보드에 적용하였으며, 마쯔다는 카시트에 PLA를 적용하는 등 자동차 내장

부품으로의 사용이 증가하고 있다. 토요타방직(주)에서는 PLA직물을 자동차 시트에 적용한 컨셉 시

트를 2008년 JSAE에 선보였다. 식물성 천연섬유

는 친환경적이고 생분해성이 좋은 장점으로 인해

세계 모든 자동차 메이커들이 내장 부품으로 적용

하고 있다. 토요타방직은 도어의 내장이나 천정

등 5종의 부품에 ‘케나프’를 혼합한 소재를 적용

하여 현재 토요타 자동차의 렉서스 등 고급차를

중심으로 약 20여 개의 차종에 사용하고 있다. 현대자동차를 중심으로 연비 개선과 공간 확보를 위

한 경량(slim) 시트에 대한 개발이 진행 중에 있다. 경량 시트의 경우 유럽에서 특히 많은 시도가 진

행되고 있으며, 독일의 BMW사에서는 일부 양산

에 적용되고 있다.

3.2. Cushion 분야

자동차용 쿠션재(cushion materials)란 시트에

사용되는 쿠션재, 백레스트, 헤드레스트에 사용되

는 소재로 기존 폴리우레탄(PU) foam과 시트커버

의 slab foam을 대체하여 사용가능한 섬유상 소재

및 부품을 말한다. 프랑스에서는 LPMT연구소(Laboratoire de Physi-que dt Mecanique Textiles)를 중심으로 섬유업체

와 기술센터가 공동으로 기존의 폴리우레탄 폼을

대체할 친환경적인 3차원(3-D) 부직포를 개발 중

에 있다. 독일의 유명한 차량자재 메이커인 Haen-



Figure 10. 우레탄폼 대체용 섬유제품 : Teijin사의 ELK®(左), 우레탄폼(右).

Figure 11. 우레탄폼 대체용 섬유제품 : Asahi Kasei사 Cubit™.

Figure 12. 우레탄폼 대체용 섬유제품 : Toyobo사 Breathair®.

sel Verbundtechnic사는 BASF사와 공동으로 PET 3-D Warp-knitted spacer fabric을 기초로 공간부

분에 고흡수성폴리머(SAP)를 주입한 경량시트를

개발하였다. 독일 항공기 시트 메이커인 Recaro사는 Nomex®/Kevlar®을 사용한 펠트와 내측에 울/나일론(91/9)을 사용한 커버 직물로 제조한 3-D mesh 구조 시트를 개발하였다. 이 제품은 강도와

경량성을 모두 만족하며, 방염성, 전자파 차폐성도

우수하여 에어버스(airbus)사의 A319J에 채용될

예정이다. 독일에서는 부직포 및 삼차원 구조물을

이용한 적용 사례가 확대되고 있는데 TWE Vlies-

stoffwerke사, Techtex사에서 3-D stitch-bonded nonwoven 기술을 바탕으로 Multiknit/Caliweb®, J.H.Ziegler사는 3-D thermal-bonded nonwoven 기술을 바탕으로 하는 Haco® 제품을 Audi 등 고급

차량에 적용하고 있다. 일본의 Teijin Fibers사 및 Asahi Kasei사, Toyobo사를 중심으로 폴리에스테르계 고탄성 섬유 쿠션

소재가 개발되고 있으며 특히, Teijin Fibers사에서

는 고기능 섬유 쿠션재 ELK®를 개발하여 2006년부터 자동차용 내장재 전문업체인 Suminoe Textiles사와 협조체제하에 일본 국철의 좌석에 적용하고


32 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013

소재 회사명(지역/국가) 적용차종

Multiknit/Caliweb®(3-D stitch-bonded nonwoven)

TWE Vliesstoffwerke GmbH&Co.KG, (Emsdetten/D)Techtex GmbH Vliestoffwerke(Mittweida/D)

Audi, BMW,Mercedes

Haco®(3-D thermal-bonded nonwoven) J/H/Ziegler GmbH&Co.KG (Aachern/D) Audi

3mesh®(Warp-knitted spacer fabric) Muller Textile GmbH (Wiehl/D) Mercedes S-Class, Audi A8

ELK®/ELASTY® Teijin Ltd. (Osaka/J) JR(train seat)

Table 5. 현재 적용 중인 Cushion 섬유소재 기술 및 적용 차종[8]

있다. Asahi Kasei사는 나일론이나 PTT를 이용한

삼차원구조의 폴리에스테르 편물인 Fusion, Cubit이라는 제품을 선보였으며, Toyobo사는 내열 및

내구성이 우수한 폴리에스테르계 엘라스토머를

이용하여 특수한 공정을 통해 자기접착성(self-ad-hesive)을 나타내는 3차원 입체스프링 구조를 만

들어 통기성이 우수하고 원료의 탄성을 최대한 발

현시킨 Breathair라는 제품을 시장에 출시하였다. 대만의 Far Eastern New Century사는 Teijin사의

ELK® 제품을 겨냥하여 ezbond®을 출시하였다.

3.3. Safety 분야

차량의 충돌 사고 시 승객을 구속(restraint)하여

안전하게 보호하고, 승객이 차량 내부 부품에 2차

충돌하거나 차량 밖으로 방출되는 것을 방지하는

차량용 안전시스템에 적용되는 섬유 소재/부품을

자동차용 safety 섬유소재라고 한다. seat belt, tire- cord, airbag 등이 이에 해당한다.

3.3.1. Seat Belt

초기에는 나일론 소재가 사용되었으나 최근 고

강도 polyester filament가 주로 사용되고 있으며, 대부분이 twill 직물 조직 형태 제품이다. 안전벨

트 요구 특성은 벨트 자체는 부드러워야 하며, 길이 방향으로 유연하고 폭 방향으로 rigid할수록 좋

다. 반복적인 마찰에 견딜 수 있도록 우수한 내마

모성이 있어야 한다. 압박감 개선을 위하여 고강

력사를 적용하여 두께는 감소시키면서 동시에 내

구성을 확보할 수 있는 안전벨트용 웨빙이 개발되

고 있다. 안전벨트용 원사는 의류용 제품보다 강

도가 향상된 고강력 폴리에스테르이며, 보통의 산

업용 섬유와는 달리 강도 수준이 9.4 g/d 이상으로

높고 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트가

10 denier급 이상이어서 무결점의 원사를 생산하

는 것이 매우 까다롭다. 폴리에스테르 공중합체를

적용한 고에너지 흡수 안전벨트는 2-step S-S Curve를 보이므로 충돌 시 에너지를 흡수하여 pre-ten-sioner와 load limiter를 대체하여 경량화가 가능하다.

3.3.2. 타이어코드(Tire-Cord)

타이어코드는 타이어의 기본 운동성능을 만족

시키기 위해서 매트릭스 고무와의 복합체를 형성

하기에 충분한 접착성과 일방향성 보강제로써의

인장탄성률 강도가 필요하게 된다. 또 타이어 주

행 시의 기계적 변형에 대항하는 저항성(내피로

성)과 발열이나 수분, 고무 내부의 화합물에 대항

하는 내취화성도 타이어의 내구성을 지배하는 중

요한 요소이다. 타이어코드는 주로 카카스, 벨트, cap-ply부분에 사용되며 소재는 크게 무기 및 유

기 소재로 구분된다. 무기섬유로는 타이어 내 벨

트로 주로 사용되는 스틸코드(steel cord)가 있으

며, 비중 때문에 para-aramid로 대체되고 있는 추

세이다. 유기섬유로는 면, 레이온, 나일론, 폴리에

스테르 등이 사용되어 왔으며, 강도와 내구성의

향상 및 경제성의 이유로 면에서 레이온으로, 이후 나일론이 사용되어 지다가 현재는 폴리에스테

르가 주로 사용되어지고 있다. 폴리에스테르의 강

도가 나일론 섬유보다 20∼30% 작으면서도 승용



Figure 13. 타이어의 구조 및 명칭(출처: 한국타이어 홈페이지).

Table 6. 타이어 종류별 타이어 코드 소재의 사용현황[11]

타이어 종류 구조 Nylon PET Rayon Aramid

승용차래디알

카카스 ○ ◎ ○벨트 ○

바이어스 카카스 ○ ◎ ◎

경트럭래디알

카카스 ○ ◎ ◎벨트

바이어스 카카스 ◎트럭/버스

래디알카카스 ○ ○벨트

바이어스 카카스 ◎비고 ◎: 주력소재, ○: 일부사용

차의 래디얼 타이어의 카카스 재료로 사용되어 온

이유는 탄성률이 나일론보다 30∼50% 크기 때문

이다. 또한 Tg가 나일론보다 높기 때문에 플랫 스

팟(flat spot) 문제가 적고 타이어 측면인 side wall 부분이 들어가거나 튀어나와 외관이 불량해지는

SWI(Side Wall Indentation) 문제가 적으며 단위

강도 당 가격이 나일론보다 저렴하기 때문이다. 현재 타이어 경량화 및 소음저감, 지면 저항도 감

소 등을 위한 타이어코드의 고성능화 등을 위해

여러 가지 소재 및 적용기술 개발이 진행되고 있

으며, 이들 소재로는 PEN (polyethylene naph-thalate), lyocell, POK (polyolefin ketone) 및 PVA (polyvinyl alcohol) 등이 있다. 타이어코드 생산능

력은 폴리에스테르 타이어코드 기준으로 볼 때 연

간 43만톤에 육박하고 있으며 지속적인 성장을 하

고 있다. 국가별 및 회사별 시장점유율은 한국의

효성(50%), 코오롱(15%), 미국의 Performance Fiber (14%) 순이다.

3.3.3. 에어백(Airbag)

에어백 전개 시 내부에 발생하는 질소가스의 온

도는 약 400∼500 ℃ 이상이며 가스압력은 0.03 sec 내에 최고 40 psi 이상이다. 이러한 환경을 극

복하기 위하여 고내압성, 내열성, 기밀성 및 자동

차 본체의 life cycle과 합당한 내구성과 적정공간

에 수납하기 용이한 compact한 특성이 요구된다. 에어백에 적용되는 섬유소재는 폴리에스테르보다

열적성질이 우수하고 접이용 수납성과 전개 시 피

부의 손상도가 낮은 나일론 섬유(고강도 multi fil-ament nylon 66)가 주로 사용되고 있다. 에어백은

대부분 평직(plain) 형태로, 원단의 일정 시간 동안

의 기밀성을 유기하기 위하여 후가공(코팅) 처리


34 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013

Figure 14. 에어백 구성 및 형태.

Figure 15. 자동차 흡차음재 적용 부위[5].

한다. 코팅소재로 초기에는 네오프렌(neoprene rub-ber)을 많이 사용하였으나, 장기간 보관 시 접힘부

분의 균열 발생 문제 때문에 최근에는 실리콘을

사용하고 있다. 최근에는 부직포 또는 one piece weaving 방식 등을 이용한 소재 재활용, 경량화 및 원가 절감 측면에서 코팅하지 않는 에어백 개발에

대한 연구가 진행되어지고 있다. 내구성 및 경제

성 확보를 위하여 고에너지 흡수(high energy ab-sorption) 폴리에스테르 소재의 개발이 활발히 이

루어지고 있다.

3.4. NVH (Noise, Vibration and Harshness)

분야

자동차 NVH (Noise, Vibration and Harshness)는 자동차 진동소음의 제반 현상을 뜻하는 용어로

자동차 NVH 부품에 적용되는 섬유소재를 자동차

NVH 섬유라 한다. 자동차에 이러한 방음/흡음 재료가 적용되는 부

위에는 bonnet, under dashboard, floor, roof, trunk등이 있으며, 적용되는 소재도 부위별로 resin felt, PU foam, Glass, Wool, PET 등과 같이 매우 다양

하게 구성되어 있다. 일반적으로 흡음층은 PU Foam과 LM PET를 혼합하여 사용하고 있으며, 차음층은 EVA 소재와 니들펀칭 LM PET 소재 등

을 적용하고 있다. 흡차음 부품 중 하나인 카펫은

차체 하부에서 발생하는 소음, 발열과 진동흡수를

목적으로 자동차에 장착되고 있으며 기본적인 흡

음 및 진동 차단, abrasion, 내광성, 난연, 압축 탄

성 등의 물성뿐만 아니라 bulky성이 있는 볼륨감, 광택, 발색성 등 심미성뿐만 아니라 내구성, 내마

찰성, 강성회복력 등의 특성이 요구된다. 일본의 RIETER사는 Ultra light 기술을 개발하

여 TOYOTA 자동차 등에 적용하고 있다. 이 기술

은 기존 차음재 + 흡음재(중량 약 6.3 kg)로 구성

된 dash insulator를 경량화 시키기 위해 차음층을

제거하고 대신 felt류의 다중흡음재를 적용하여

Hard 흡음재+흠음재(중량 약 2.3 kg) 구조로 구성

하여 50% 이상의 중량 감소뿐만 아니라 진동소음

성능 개선효과까지 확인되고 있다. 현재 북미시장

의 LEXUS 및 2004년 이후 신규 개발된 TOYOTA 승용차 전체에 흡차음재로 적용되고 있다. Colins & Alkman사의 Act Fused Fiber, LEAR사의 Sono-tec, PE:ZER사의 Dual Impedance 또한 차량의 경

량화 및 실차의 진동소음 성능을 모두 만족시키는

제품으로 연비가 우수하며 조용한 자동차 완성에

일조한 주요 부품이다.

3.5. 강성재 분야

자동차 내외장용 강성재로 사용되는 소재들은

steel과 같은 금속소재, ABS, PC, PP복합수지 사

출물, 유리섬유, 탄소섬유 등에 열경화성 수지를

함침한 복합소재 등 강하고 쉽게 변형이 이루어지

지 않는 소재들이 주로 사용되었다. 기존의 복합소재 강화재는 밀드섬유, 촙섬유, 스트랜드, 로빙, 직물, 로빙매트, 부직포, UD 등



사용부위 소음의 종류 소음저감 방법 재료의 종류

Bonnet Engine noise Sound absorption PU Foam, Glass wool

Under Dashboard Engine noiseSound insulation

DampingSound absorption

PVC, Olefin resinPU Foam, Resin felt

Floor Road noise Sound insulationDamping

Asphalt compound, PET섬유, PU Foam, Resin felt

Roof Air flow sound DampingSound absorption PU Foam, Honeycomb compound

Trunk Blurring sound Sound insulationDamping Resin felt, PU Foam

Figure 16. 섬유복합재료 강화재로 사용되는 다양한 2차원적 섬유 직물 구조[7].

Table 7. 소음저감재료의 종류 및 사용부위[6]

다양한 형태로 사용되고 있는데 이는 hand lay-up 형식의 제조 공정에는 문제가 없으나 자동차와 같

이 동일 부품을 대량 생산하는 시스템에서는 생산

성을 저하시키므로 비효율적이다. 또한 부품의 규

격에 따라 수∼수십 겹의 라미네이팅이 필요한 시

스템에서는 최종 제품의 신뢰성 확보를 위해서도

3-D 또는 NCF (non crimp fabric) 등 보다 두꺼운

복합재료 중간재가 필요하며, 이러한 필요에 따라

다양한 형태의 선진기술이 개발되고 있다. 복합재

료용 3-D fabric은 더블라셀 구조를 주로 많이 사

용하며, 최근에는 효율적인 biaxial 또는 triaxial 등 다양한 형태의 입체구조가 개발되어 적용되고

있다.

4. 맺음말

자동차용 소재사업은 대규모 장치를 통한 원가

경쟁력뿐만 아니라 고객맞춤형 가공기술의 복합

이 필수적인 분야이다. 고객의 소재 사용 환경에

대한 이해, 나노 수준에서의 구조ㆍ기능 제어, 화학ㆍ섬유ㆍ세라믹 등 타 소재와의 복합화 기술 개

발, 이를 통한 제품 설계 및 응용기술 개발 등이

종합적으로 필요하다. 한편, 자동차용 섬유소재의

효과는 우수하지만 실제 자동차에 적용되기까지

는 오랜 기간이 소요되는데, 이는 자동차 대량생

산과 관련하여 경량 신소재의 원활한 공급, 타 부

품과의 연계성에 따른 내구성 문제, 신규 소재 적

윤 석 한1998 경북대학교 염색공학과

공학사

2000 경북대학교 염색공학과

공학석사

2004 경북대학교 염생공학과

공학박사

2001∼현재 DYETEC연구원 연구개발

본부 본부장

정 천 희2007 부산대학교 섬유신소재공학

공학사

2009 부산대학교 유기소재시스템

공학과 공학석사


본부 융합가공연구팀

민 문 홍1997 경북대학교 염색공학과

공학사

2006 경북대학교 염색공학과

공학석사


본부 융합가공연구팀 팀장

서 원 진1999 고려대학교 화학공학과

공학사

2001 고려대학교 화학공학과

공학석사

2005 고려대학교 화학공학과

공학박사

2005∼현재 현대자동차 고분자재료연구팀

책임연구원


36 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013

Figure 17. 섬유복합재료 강화재로 사용되는 3차원적 섬유 직물 구조[7].

용에 따른 원가 상승 등이 고려되어져야 하기 때

문이다. 따라서 자동차용 경량화 섬유소재 개발

시 반드시 응용 및 적용기술도 함께 고려되어야

하며, 이러한 관점에서 화학ㆍ섬유산업과 자동차

산업 간의 기술적 연계가 더욱 필요할 것으로 보

인다.

참 고 문 헌

1. 모세준, 한국자동차산업연구소 자동차경제, 41 (2013).

2. 김동민, 삼성경제연구소 SERI경영노트 (2012). 3. 허민호, 신한금융투자 신한 스몰캡 레이더, 40

(2001).

4. 유승을ㆍ정선경, Journal of the korean Society of Automotive Engineers, 31(6), 35 (2009).

5. 오미혜, 화학소재정보은행 심층보고서 (2013). 6. 금호미쓰이화학(주), ‘자동차 방음재용 폴리우

레탄폼에 대한 고찰’. 7. 우상국ㆍ한인섭ㆍ김세영ㆍ이기성, 세라미스트,

12(1), 83 (2009). 8. 한국섬유산업연합회, ‘섬유-자동차 산업간 융

합로드맵 기획보고서’ (2011). 9. 최영옥ㆍ임대영, Fiber Technology and Indu-

stry, 14(1), 18 (2010).10. 남창우ㆍ박영환ㆍ이범수ㆍ심재윤, Fiber Tech-

nology and Industry, 11(1), 1 (2007).

Documents

기획특집: 자동차용 화학소재 - CHERIC · 2014-08-13 · 26 공업화학 전망, 제16권 제6호, 2013 자동차용 섬유화학소재 개발 동향 윤 석 한†ㆍ정