지금은 자동차 소재 전쟁!

자동차의 경량화... 중요한 이유가 뭘까요?

 

현재 친환경 자동차 및 자율주행 자동차가 대세가 됨에 따라

기존 내연기관 자동차 대비 전용 부품 수 추가에 따라 차체 중량이 증가하고 있습니다.

 

이러한 이유로 미래 자동차 개발을 위하여 경량 소재에 대한 충분한 연구가 필요합니다. 

 

현재 가장 연구가 많이 진행되고 있는 소재는 바로

"고장력 강판, 알루미늄, 플라스틱 수지(CFRP)"입니다.

 

오늘은 자동차 경량 소재의 전반적인 트렌드에 대해서 알아보고자 합니다!!

 

 

1. 자동차 body 소재의 헌법: "철"

 

자동차 부품 소재에 있어서 가장 많이 사용하고 있는 소재는 철입니다.

 

하지만, 2010년도 HSS (고장력 강판) 포함하여 70% 정도의 점유율에 반해

2030년도에는 50%로 점유율로 줄어든 것이 현 상황입니다.

 

이렇듯 철의 비중은 갈수록 줄어들고 그에 반해 알루미늄이라든지 수지(플라스틱)의 비율이

조금씩 늘 것으로 전망이 됩니다!

 

 

2. 경량 소재의 특징

 

일반적으로 자동차가 가벼워짐에 따라 얻는 특징이 여러 가지가 있습니다.

가장 큰 특징은 연비가 개선이 된다는 것인데

차량 무게가 10% 줄이면 연비가 6% 정도 개선 된다고 합니다!

 

또 자동차의 수명도 증가한다는 것인데

자동차도 사람과 비슷해서 차체가 무거우면 무거울수록

자동차 내구성이 쉽게 닳는다고 합니다.

 

경량 소재를 이야기할 때 빼놓고 말할 수 없는 것은 밀도입니다.

 

대표적으로 철은 7.8 g/cm3, 알루미늄은 2.7 g/cm3, 마그네슘은 1.7 g/cm3,

CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)의 경우 1.5-2.0 g/cm3입니다.

 

이렇게 보면 철이 굉장히 무거운 소재라고 생각이 듭니다.

 

 

 

3. 경량 소재 전쟁: 더 강한 철 vs 경량 소재 (알루미늄, 플라스틱)

 

자동차 무게를 측정할 때는 소재의 밀도만 가지고는 이야기할 수 없습니다.

 

결국 차체 무게에 대해서 이야기할 때는 소재의 질량을 이야기할 수밖에 없습니다.

 

기존 철강 업계에서는 되도록이면 소재 시장의 주도권을 빼앗기지 않기 위하여

더 강하고 특성이 좋은 철을 개발하고 있습니다.

 

특히 경량소재 시장에서 살아남기 위해서 포스코의 경우 "기가 스틸"이라는 철을 개발을 하였는데,

개념은 더 강한 철을 만들어서 (인장 강도가 높은) 자동차 차체에 적용을 할 때 더 얇은 철판을

적용을 함으로써 자동차 무게를 줄인다는 것입니다.

 

하지만, 일정 두께 이상으로 자동차 부품 판재가 얇아지면 "게이지 다운"이라는 현상이 생기게 됩니다.

쉽게 말하자면 아무리 강한 소재 특성을 가지더라도 판재 두께가 얇아지면 판재의 휘어짐 현상이 생겨서

자동차 부품으로 사용할 수 없게 됩니다.

 

공학적으로 말하자면 강도는 세지지만, 강성이 약해져서 자동차 경량화를 위하여 적용하기에는 한계가 있다는 것입니다.

 

 

4. 현재 자동차 소재 시장의 트렌드: 다양한 소재의 융합

 

현대자동차의 경우 자동차의 하이브리드 구조를 적용하고 있습니다. 하이브리드 구조란 각각 부품별로 목적에 맞게,

즉, 다양한 소재를 적재적소에 적용을 하는 것입니다. 자동차 범퍼의 경우 경량화 특성보다는 강한 소재를 쓰는 것이 중요하기 때문에 최대한 강한 소재를 선택하는 것이 좋습니다.

 

하지만, 상대적으로 강한 소재를 쓸 필요가 없는 자동차 시트 부분은 최소한의 강도를 요구하면서 최대한의 경량화를 뽐낼 수 있는 소재를 선택하는 것이 중요합니다. 다양한 소재를 적용하기 위해서 중요한 부분은 소재 간의 용접 접합 기술이라고 볼 수 있습니다. 또 소재와 소재 사이를 연결할 때 발생할 수 있는 문제점들, 예를 들어서 부식에 대한 문제도 고려를 해야겠지요.

 

이렇듯 다양한 연구소와 학계에서는 산업기술 연구소와 같이 협업하여 새로운 신소재 및 그에 따른 부설적인 연구를 진행하고 있습니다.