세계적으로 환경문제에 대한 규제와 관심이 증가되면서, 자동차 시장에서도 내연기관 자동차를 전기자동차로 대체하는 등 변화가 계속되고 있다. 

내연기관 대비 전기자동차에서는 전자 제어장치의 개수나 성능의 요구치가 높아지고 있다. 특히, 오염으로 인하여 부품의 성능이 저하되지 않도록 수밀성(긴밀성)이 우수한 부품이 요구되는데, 수밀성이 우수한 제품을 제작하기 위해서는 기계적인 조립이나 접착제보다는 용접방식이 사용된다. 

종래에 플라스틱을 용접하는 방법에는 열융착, 초음파 융착, 진동 융착, 레이저 융착 등의 방법이 있는데, 이러한 융착들의 특성을 비교하여 [표1]에 나타내었다. 자동차 부품에서는 주로 진동 융착과 레이저 융착이 사용되는데, 최근 융착의 수밀성이나 분진 발생이 없는 점에서 우수한 레이저 융착이 확대되고 있는 추세다.

코오롱플라스틱㈜는 레이저 융착이 가능한 엔지니어링 플라스틱의 소재 개발에 힘써왔으며, 특히 흡습성이 낮기 때문에 전자제어 장치에서 주로 사용되는 PBT(Polybutylene terephthalate) 수지에 대한 레이저 융착이 가능한 소재를 개발하여 판매 중이다.

레이저 융착을 위해서는 약 1,000㎚ 파장의 레이저 광원을 사용하였을 때, 레이저를 투과할 수 있는 “레이저 투과층” 소재와 “레이저 흡수층” 소재 2종의 소재가 필요하다. 

레이저 흡수층에 사용되는 소재는 레이저를 흡수할 수 있는 안료를 사용하여 제작되며, 카본블랙이나 다양한 안료를 사용하여 흡수층에 사용될 수 있는 소재를 제작할 수 있다. 레이저 투과층에 사용되는 소재는 레이저를 흡수하지 않고 투과할 수 있는 안료를 사용하여야 하며, 소재 자체의 레이저 투과성이 우수해야 레이저 투과층 소재로서 우수한 성능을 나타낼 수 있다. 

비결정성 수지에서는 입사각 90°에서 빛이 직진하여 투과성이 매우 우수하지만, 결정성 수지는 결정영역과 비결정영역에서의 굴절률 차이에 의한 산란으로 인하여 레이저 투과율이 저하된다. 레이저 투과율이 낮은 소재도 융착 조건을 변경함에 따라 융착이 가능하지만, 레이저 투과율이 너무 낮은 경우에는 융착부의 두께를 얇게 할 수밖에 없어서, 부품설계에 대한 마진이 현저히 줄어들기 때문에 레이저 투과율이 우수한 소재를 개발하는 것이 중요하다.

자동차 전자제어 장치에 사용되는 엔지니어링 플라스틱 중 PBT는 저 흡습성과 치수 안정 특성이 우수하지만, 일반적으로 결정의 크기가 1,000㎚보다 크기 때문에 1,000㎚ 수준의 파장을 갖는 레이저 광원에 대한 투과율이 상대적으로 낮은 특성을 갖는다. 

따라서 종래의 전자제어 장치에 사용되는 PBT는 진동 융착이나 초음파 융착을 이용하여 조립되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 PBT의 결정성을 조정하여 레이저 투과율을 개선하는 것을 목표로 소재를 개발하였고, 코오롱플라스틱㈜에서는 PBT의 결정성을 더욱 향상시켜 투과율을 증가시킨 소재나, 비정형 수지를 Alloy하여 투과율을 향상시킨 소재들을 개발하여 양산 중에 있다. 다음 [표 2]에서 SPESIN® 레이저 투과 소재의 일반적인 물성을 확인할 수 있다. 

SPESIN® 레이저 투과 소재는 전장 소재로의 사용이 가능한 PBT Grade로 현재 EPB (Electronic Parking Brake) 소재로 사용 중이다. EPB는 자동차 브레이크의 전자제어 장치로서, 오염으로 인한 전기장치의 고장/성능 저하가 없어야 하므로 부품의 수밀성이 중요하게 요구된다. EPB와 같은 수밀성이 중요한 제품에서 레이저 융착을 하기 위한 레이저 투과율을 [표 3]에 나타내었고, 성형한 사출품을 [그림 1]에 나타내었다.

코오롱플라스틱㈜은 향후 지속적인 연구 개발을 통해, 고객에게 새로운 소재를 제공함으로써 고객의 요구에 부합하는 제품을 제공하고, 코오롱플라스틱㈜만의 특화된 솔루션을 개발하기 위해 지속적으로 노력할 것이다.