학습/코칭

가벼운 ‘금속플라스틱’ 자동차로 환경오염 줄인다!

우리 생활을 바꿔 놓을 첨단 신소재가 나타났다?!


우리 아이들이 살아갈 미래는 기발하고도 획기적인 신소재와 첨단기술이 우리 생활과 사회 모습을 완전히 바꿔놓을 것입니다. 특히 미래 과학자를 꿈꾸는 이공계열 학생들에게 현재 주목받고 있는 새로운 소재와 기술들을 미리 알도록 하는 것은 아주 중요한 일이지요.


현재 주목받는 기술과 소재를 통해 새로운 것을 창조할 아이디어를 얻고, 그것을 통해 자신이 살아갈 미래 사회를 꿈꿀 수 있으니까요. 오늘은 환경오염을 줄이는 가벼운 자동차 소재로 사용되는 ‘금속 플라스틱’에 대해 한 번 알아볼까요?


최근 환경오염 문제가 크게 대두되면서 세계 각국에서는 자동차 연비 규제를 더욱 강화시키는 정책을 내놓고 있어요. 하지만 아직까지 전기자동차나 수소자동차 같은 친환경 자동차들을 대중화하기에는 어려운 상황입니다. 따라서 엄격한 환경기준을 맞추기 위해서는 결국 자동차에서 가장 많은 무게를 차지하고 있는 철의 비중을 줄여 차를 가볍게 만들어야 하죠.


자동차 무게 10㎏을 줄이면 연비는 2.8% 향상되고, 배출되는 이산화탄소는 4.5%, 질소산화물은 8.8% 감소되는 등 연료 사용량 감소와 함께 환경오염 물질도 덜 배출하기 때문에 친환경적인데다가 경제적이기 때문이에요.


무거운 금속+가벼운 플라스틱=‘금속플라스틱 복합체!’

철과 같은 무거운 금속은 아무리 가볍게 만든다고 해도 한계가 있어요. 신소재를 활용한 강화 플라스틱 같은 재료 역시 금속을 대신하기에는 가격이 비싸고, 금속보다 전기가 잘 통하지 않아 자동차 부품으로 사용하기 어렵지요.


그런데 만약 금속과 플라스틱의 장점만 합칠 수 있다면 어떻게 될까요? 이 놀라운 생각은 곧 ‘금속플라스틱 복합체’라는 이름으로 실현됐답니다.


금속과 플라스틱이 하나 되는 과정 ‘3단계’

전혀 다른 두 성질을 지닌 금속과 플라스틱의 장점만 모아 하나로 만들기 위해서는 여기에 알맞은 금속 재료, 표면처리 기술, 플라스틱 결합기술이 있어야 합니다.


1단계: 가볍고 튼튼한 금속 재료를 찾아라!

금속플라스틱 복합체에 쓰이는 금속은 알루미늄, 스테인리스, 마그네슘 등이 있는데요. 그 중에서도 알루미늄은 가볍고 유연한 성질을 가진데다가 가격경쟁력도 높아 대표적인 경량소재로 꼽힙니다. 하지만 이제는 마그네슘과 티타늄도 점차 사용이 증가하는 추세랍니다.


원하는 금속을 찾았으면 금속을 기다란 막대기 형태로 만들고 이를 컴퓨터 정밀제어(CNC) 가공을 통해 원하는 디자인으로 깎습니다.


알루미늄(Al)

특징: 충분한 강도를 가졌으며 가볍고 잘 부식되지 않음, 금속 중에서 철 다음으로 많이 생산됨

이용되는 곳: 항공기, 건물, 자동차 등 구조 재료, 각종 전기 및 전자 기기 등






마그네슘(Mg)

특징: 강철보다 22% 가볍고 강도도 더 단단함, 재료 가공이 쉬움, 진동 흡수력 우수, 열에 약하고 쉽게 부식됨

이용되는 곳: 마그네슘 문제를 개선한 합금이 개발되면서 주로 자동차, IT-Mobile, 의료 보조기구 등에 쓰임






티타늄(Ti)

특징: 강철보다 43% 가볍고, 알루미늄 합금에 비해 2배나 강함, 부식에 매우 강함, 독성 적어

이용되는 곳: 항공기, 우주선, 해수 담수화 장치, 조선 분야, 주방용품, 선크림 등






2단계: 가공된 금속의 표면을 처리한다!

가공이 된 금속 표면은 화학적 방법이나 물리적 방법으로 처리해야 합니다. 대표적인 화학 처리 방법은 ‘나노 몰딩 테크놀로지(Nano Molding Technology, NMT)’라는 기술로, 화학 수용액을 이용해 금속 표면에 아주 작은 구멍을 만들고 특수한 코팅막을 형성하는 방법입니다. 물리적 표면처리 방법은 레이저로 금속 표면을 깎아내 일정하게 반복적인 무늬를 형성하는 방식으로 진행됩니다.


3단계: 금속과 플라스틱을 붙여라!

금속플라스틱 복합체를 위한 마지막 단계는 금속과 플라스틱을 마치 한 몸이 된 듯 떨어지지 않게 꼭 붙여놓는 작업을 하는 건데요. 이때 가장 많이 쓰이는 플라스틱의 종류는 폴리에스터(PBT), 나일론(PA), 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 등입니다.


이 둘이 떨어지지 않게 하는 기술에는 크게 두 가지가 있습니다. 하나는 금속과 친화성이 높은 소재와 금속 표면에 있는 코팅막을 화학적으로 반응시켜 접합력을 높이는 방법을 사용해요. 또 다른 하나는 금속 모형에 녹인 플라스틱을 흘려 넣어서 구멍을 메우는 기계적인 방식이 있습니다.


이렇게 만들어진 금속플라스틱 복합체는 금속 가공 공정을 간소화했다는 것과, 생산성이 증대되며, 가격을 절감할 수 있고, 원하는 모양을 자유롭게 만들 수 있으며, 작고 가볍게 만들 수 있는 등의 장점을 가진답니다.


여러 산업 분야가 주목하는 '금속플라스틱' 복합체

금속플라스틱 복합체는 자동차뿐만 아니라 IT산업에도 많이 쓰이고 있는데요. 과거에는 휴대폰이나 노트북 외형에 플라스틱을 사용했기 때문에 가볍기는 했지만 약해서 깨지기 쉬웠고, 디자인적인 면에서는 다소 저렴한 느낌을 줬어요.


하지만 최근에는 금속플라스틱 복합체를 이용해 튼튼한 강도와 고급스러운 디자인이라는 두 마리 토끼를 한 번에 잡고 있습니다. 때문에 많은 산업 분야에서 쓰임이 다양하고 장점이 많은 이 소재를 주목하고 있어요.


그러나 금속플라스틱 복합체를 만드는 기술은 어디까지나 금속과 플라스틱을 완전히 하나로 만드는 것이 아닌 금속과 플라스틱을 ‘붙이는’ 기술입니다. 만약 금속플라스틱 복합체를 뛰어넘는 완전한 신소재가 개발된다면 전 세계 모든 산업계에 혁명이 될 거예요.

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