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제목 자동차부품연구원 오미혜 책임연구원
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2019/08/29 14:46

 

 

요즈음 자동차는 열전도성과 전기전도성 소재 중심으로 

 

자동차와 공학을 떠올리면 자연스럽게 먼저 남성의 이미지가 연상된다. 자동차만 놓고 보더라도 현대적 개념의 디젤 자동차가 본격적으로 보급된 이후 남성이 자동차산업을 주도하고 지배해온 것은 사실이다. 하지만 시간이 흐르면 변화가 시작되고, 이러한 변화는 큰 흐름을 이루게 된다.

지금까지 남성이 지배해온 세상이 변화를 거듭해 양성평등한 세상으로 변화하고 있듯이, 남성의 고유영역에서도 여성들의 활약상이 두드러지게 나타나고 있다. 특히, 자동차를 단순히 즐기는 것이 아니라 25년 이상 전문적인 연구개발활동을 진행하고 있는 여성 전문가로서 자동차산업을 이끌고 있다면 누구나 관심을 가질 수밖에 없을 것이다. 자동차부품연구원 친환경소재연구센터 오미혜 책임연구원을 만나 자동차산업에 대한 이야기를 나눴다.

  

자동차부품 연구활동을 하게 된 계기는?

대학에서 화학공학을 전공하고, 석사시절 2차전지와 연료전지소재를 연구하게 되면서 그때 붐을 타고 있던 전기자동차에 대한 관심을 가지게 됐습니다. 이에 1994년 자동차부품연구원에 입사하게 됐고, 25년간 부품소재를 연구해 왔지만, 최근에는 자동차의 경량 기능성 복합소재를 중심으로 개발하고 있습니다.

연구원과 자동차산업이 남성 위주의 분야이다 보니 초반에는 중소기업 대표들이 저를 연구원이 아닌 자동차 디자이너로 오해할 만큼 여성 전문인력이 부족했고, 그런 상황에서 연구 파트너로서 상대방에게 어떻게 어필해야 할지 고민하는 시기도 있었습니다. 하지만 여성이 아닌 전문지식을 갖춘 연구원으로 책상에서 하는 연구활동을 넘어 직접 현장 중심으로 일을 하면서 상대방과 신뢰관계를 구축할 수 있었습니다.

   

 

연구원 소개와 최근 대표적인 기술개발은?

연구원은 1990년 장비와 인력이 부족한 중소 자동차부품업체의 자생력 확보와 기술개발 지원을 위해 ‘산업기술혁신촉진법’ 제42조에 근거해 설립됐습니다. 당시 완성차 6개 업체와 500여개의 부품업체, 산업부가 출자 및 펀딩방식으로 94년에 충남 천안에서 본격적인 업무를 시작해 정부에 자동차 정책제안과 연구개발을 비롯해 신뢰성센터를 기반으로 기업 지원업무를 하고 있고, 재직자 및 대학생을 대상으로 교육프로그램을 실시해 취업 지원과 보고서 등을 통해 정보를 지원하고 있습니다.

연구원은 설립목적에 따라 2, 3차 벤더 중심의 중소기업에 인력과 장비를 지원합니다. 특히, 유일한 중앙정부차원의 자동차 관련 연구소로서 2010년부터 대구경북본부 등 지방허브 구축을 시작으로 영광·영암지역에 F1 서킷을 활용한 프리미엄자동차연구센터와 E-모빌리티연구센터를 설립 운영하고 있고, 경기 시흥지역에 자동차뿌리기술연구센터를 운영하고 있습니다.

대표적 개발기술은 폴리카보네이트(PC)를 이용한 파노라마 루프로 완성차업체와 도로 테스트를 진행하고 있는 모터 하우징은 주물을 전도성 복합소재로 변경해 시장에 출시됐으며, 차량용 무선충전기에 충전방식을 새롭게 변경해 옵션으로 판매하는 방식으로 진행되고 있습니다. 분야별로는 먼저, 기능성 나노복합재료분야에서 경량·기능성 ESS 패키지 부품소재, 복합필러를 이용한 고방열 복합소재, 유기고분자의 화재 안전성 확보를 위한 난연 복합소재, 고연화점 등방성 피치계 탄소섬유의 자동차 부품화 기술 등이 개발돼 있습니다.

전장부품용 복합재료분야에서도 자동차 전장 부품별 맞춤형 전자파 차폐 복합소재 개발, 자동차 오디오 및 에어컨 터치판넬 적용을 위한 고전도성 복합소재인 스마트 터치 패널, Single coil 방식의 auto moving 무선충전시스템, 다중물리 변화방식의 전산모사를 통한 부품소재 성능 예측기술 등을 연구 개발했습니다. 투명 스마트 소재분야에서는 유리대비 내충격성 및 경량 파노라마 루프 소재 개발과 외부의 빛 투과율 제어를 통한 에너지 절감형 스마트 윈도우 제조기술 개발 등을 꼽을 수 있습니다.

  

 

최근 자동차산업 동향은 어떤지?

전 세계적으로 2020년까지 이산화탄소 배출량 감축 목표가 발표된 가운데 2015년 이후 이산화탄소 규제가 빠른 속도로 강화되면서 2배 이상의 연비 개선을 요구하고 있습니다. 그럼에도 1980년 이후 공차 중량이 27.3% 지속적으로 증가하고 있지만, 여기에 기존 연비 개선기술 효과가 한계에 달하면서 기존 내연기관 개선기술은 투자기간이 길어지고, 비용은 커지며, 빠른 규제속도 변화에 기술적인 한계를 드러내고 있습니다.

따라서 차량 경량화는 빠른 규제 강화에 대응 가능한 가장 현실적인 연비 개선기술이 필요합니다. 대중 브랜드의 경량화 전략은 기존 소재나 가공조건을 개선하면서 점진적인 경량화를 추진해야 할 것으로 보입니다. 경량화에서 비용 상승분을 소비자에게 부담시킬 수 있느냐에 따라 상이하므로 고급 브랜드는 탄소섬유, 알루미늄 및 마그네슘 등의 소재를 적용해 경량화할 수 있고, 대중 브랜드는 비용부담이 적은 소재를 선택해 경량화할 것으로 보입니다.

자동차 경량화에 따른 실질적인 효과는 성능 향상, 운송효율 향상, 주행거리 확대 등을 뽑을 수 있습니다. 폭스바겐의 compact class car의 총 무게 1160kg 중 body 무게 296㎏에서 30%인 89kg을 경량화하면 10만km 주행시 약 265ℓ의 연료를 절감할 수 있는데, 이는 서울~광주를 약 5회 왕복할 수 있는 거리입니다. 자동차는 과거 철강과 알루미늄 소재 중심에서 철강+알루미늄 혼합소재와 CFRP(carbon fiber reinforced plastics) 소재를 주로 사용해 경량화하고 있으며, 향후 멀티 소재화에 대응한 자동차가 등장할 것으로 예상됩니다.

자동차 기술은 에너지 효율, 경량화, 편의성 및 친환경이라는 화두를 중심으로 발전해왔습니다. 기존의 내연기관 자동차에서 전기자동차, 연료전지자동차, 자율주행자동차 등 변화에 따른 소재시장이 확대될 것으로 보입니다. 자동차 소재는 경량화에 대한 관심이 높아지면서 부품의 요구성능에 적합한 소재를 적용하는 멀티 머티어리얼 기술이 요구되는 이종소재간의 접착(접합) 기술도 주목받고 있습니다.

하지만 요즈음 자동차는 편의시설 및 전자장치 등이 추가로 내장되면서 동급대비 30~40% 중량이 증가해 전기자동차에도 그대로 적용됩니다. 전기자동차는 내연기관 자동차보다 동급 차량에서 연비가 증가하지만, 약 10~25%의 중량이 증가된 가격 상승을 나타내고 있습니다. 전기자동차는 내연기관자동차보다 동력계 시스템을 단순화할 수 있지만, 전자장치와 안전 편의장치에 에너지 소비와 구조적 배치에 대한 최적화가 더 요구되고 있어 이에 대한 최적화 기술이 개발되고 있습니다.

  

 

자동차에 적용되고 있는 복합소재는

복합소재는 고분자 소재를 금속 소재화하는 방향으로 성장하고 있습니다. 지금까지는 강성과 내구성 만을 강조해왔다면 지금부터는 열전도성, 전기전도성 등의 물성 향상에 더 큰 목적을 두고 있습니다. 복합소재는 펜더, 범퍼빔, 프론트 엔드 프레임, 테일게이트, 후드커버 등 다양한 부품소재 적용이 증가되고 있고, 자동차 고분자 소재는 약 15% 이상의 사용량이 보고되고 있으나, 20% 이상 꾸준히 증가될 것으로 예측되면서 최근에는 기능성 복합소재의 약진이 돋보이고 있습니다.

자동차에 적용되거나 개발되고 있는 고분자 복합소재는 나노복합소재, 경량복합소재 그리고 기능성 복합소재가 있습니다. 나노복합소재는 강성, 난연성 및 전기전도성 등이 향상된 소재이지만, 기술적으로 매트릭스 내에 균일한 나노물질의 분산이 어렵고, 나노물질 비산으로 인한 작업환경이 열악합니다. 국내 기업에서는 나노물질의 펠렛화 기술로 고분산·저비산 특성의 제품이 생산되고, 나노물질의 개발은 나노 복합소재의 성능향상에 큰 역할을 하고 있습니다.

국내에서는 최근 다양한 나노소재들도 관심을 모으고 있습니다. 나노소재가 적용된 자동차 부품이 많지 않지만, 점진적으로 확대될 것으로 예상됩니다. 나노복합소재는 기존의 공정 변화없이 5~6kg의 경량 효과가 가능하고 공정 개선으로 최대 12kg의 감량이 가능하며, 특히, 가스 차단성이 우수한 나노복합소재의 개발이 시장을 확대해 나갈 것으로 기대됩니다. 이 기술은 연료 계통에 적용이 가능합니다. 이러한 가스 차단성은 미래형 자동차인 수소저장 탱크의 경량화에도 큰 역할이 기대됩니다.

경량복합소재는 유리섬유 복합소재가 대부분이지만, 최근 탄소섬유를 이용해 경량효율을 극대화하고 있으나, 가격 경쟁력을 갖기가 어렵습니다. 열가소성복합소재는 대량생산이 가능하고, 디자인 자유롭고, 소재의 재활용이 가능하지만, 투자비용이 높고, 강성이 요구되는 부품의 요구조건을 맞추기 어렵다 보니 인서트 공정을 수행하기도 하고, 시트프레임, 테일게이트 구조재, 휠커버 및 루프 랙 등에 적용됩니다.

경량복합소재의 경량화 효율이 크게 기대되는 부품 중 글레이징을 들 수 있는데, 투명 플라스틱 복합소재의 개발은 부품 기준 약 35% 이상의 경량화 효과와 열선, 자외선 차단, 스마트글라스 등의 기능 접목과 구동모터 및 썬쉐이드 등의 부품 소형화로 에너지 절감 효과가 높습니다.

요즈음 자동차는 많은 부분의 부품소재가 금속에서 경량 복합소재로 대체되면서 열전도성과 전기전도성이 절실히 요구됩니다. LED 램프, 고속 충방전기, 고압 케이블, 자율주행자동차의 센서부품, 각종 모터 및 디스플레이 장치 등 발열과 전자기파의 흡수, 반사 등에 의해 회로의 손상 혹은 통신 오류가 발생되지 않도록 고분자소재와 무기필러(혹은 탄소계 필러)의 하이브리드 복합소재가 개발 적용되고 있습니다.

 

멘토 활동도 꾸준히 하는 걸로 알고 있습니다

2004년부터 WISE 멘토링으로 시작한 멘토 활동을 통해 제가 멘토 자격이 있는지 고민도 많았지만, 멘토링을 진행하면서 저 자신이 성장할 수 있는 계기가 됐습니다. 연구원에 근무하는 여성공학인으로서 주어진 일도 잘 하고, 결혼과 출산, 육아도 완벽히 소화해내는 슈퍼우먼을 바라는 것은 아니지만, 상황에 따라 즐길 수 있어야 한다고 생각합니다.

여성공학인들이 삶을 독립적으로 자립할 수 있으려면 사회적인 인식 등 극복해야 할 점들이 아직 많습니다. 저 역시 그러한 과정을 거쳐 지금의 자리에 서게 됐지만, 저와 같은 과정을 거치게 될 젊은 여성공학인들을 바라볼 때 아쉬움과 안타까움이 있습니다. 그래서 우선 후배들과 멘토링을 통해 개성을 극대화하면서 조직 안에서 실력을 갖추고 인정을 받을 수 있는 다양한 단계별 이야기를 나누고 있습니다.

최근에는 한국여성과학기술단체총연합회 차원에서 자동차 분야의 젠더이슈로 전자파의 영향성 노출에 대한 이슈에 집중하고 있습니다. 우리는 일상생활에서도 고전압 및 전자파에 노출돼 있는데, 임산부가 3시간 동안 자동차 주행환경에 놓이게 되면 태동을 느끼게 되는 등 영향을 받게 된다고 합니다. 아직 시작단계이지만, 분명히 간과해서는 안 될 분야로 지금부터라도 준비를 시작해야 합니다.

마지막으로, 아직까지 남성 위주의 사회질서에서 여성으로서의 특성을 어떻게 조화롭게 만드느냐 하는 것이 중요합니다. 사실 지금에 와서 생각하면 저 역시 예전에는 왜 보다 유연한 생각과 자세를 갖지 못 했나 하는 생각이 듭니다. 오랜 멘토링 활동을 통해 제가 도움을 건넨 게 아니라 오히려 도움을 받은 것처럼 선후배 여성공학인들이 힘을 합쳐 더 나은 사회를 만들어나갈 수 있으리라 생각합니다.

  

TEL. 041)559-3088

E-mail. mhoh@katech.re.kr

  

  

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19039   한국석유화학공업협회 김평중 본부장 플라스틱코리아