▲ 폴리케톤 고분자 소재.

효성이 최근 ‘꿈의 소재’인 폴리케톤 소재를 세계최초로 개발·상용화하는데 성공했다. 한국기업으로는 세계 최초로 고분자 신소재를 개발한 쾌거를 달성한 동시에 소재 강국으로 도약할 수 있는 디딤돌을 마련한 것이다.

지난 1938년 듀폰이 나일론을 개발해 업계에 센세이션을 일으킨 것 이상으로 폴리케톤도 소재시장에 지각변동을 일으킬 것으로 예상되고 있다. 폴리케톤은 기존 산업 소재에 비해 내충격성·내화학성·내마모성·가스차단성이 월등히 뛰어나 가볍고 튼튼한 산업용 섬유와 엔지니어링 플라스틱(EP)을 만들 수 있기 때문이다. 효성이 개발한 폴리케톤은 나일론 대비 충격강도는 2.3배, 내화학성은 30% 이상 우수하며, 내마모성 역시 최고 수준인 폴리아세탈(POM) 대비 14배 이상 뛰어난 것으로 알려져 있다.

현재 자동차, 전기전자 등 거의 대다수 제조업계의 고민은 환경규제다. 전 제조과정에서의 CO₂등 온실가스 배출기준이 점점 엄격해지고 있어 친환경 제조공정의 제품생산이 요구되고 있다.

폴리케톤 소재를 사용한 섬유 복합소재와 엔지니어링 플라스틱은 이러한 업계의 고민을 해결할 수 있다. 폴리케톤 자체가 대기오염의 주범인 일산화탄소(CO)와 올레핀(에틸렌, 프로필렌)으로 이루어진 친환경 고분자 소재다. 특히 자동차, 비행기 등 수송기기의 경우 경량화가 핵심인데 폴리케톤 EP로 기존 금속 부품 대체가 더욱 가속화 될 수 있다. 또한 성능에 비해 기존 소재보다 가격이 저렴하다는 점은 큰 장점이다.

▲ 폴리케톤 원사.

이러한 특성의 폴리케톤이 자동차, 전기전자 등 우리 주력산업에 적용됨에 따라 국가 경쟁력 향상에도 기여할 전망이다. 폴리케톤 소재는 자동차 부품으로 적용되면 가격이 10배가 뛸 정도의 고부가제품이다. 폴리케톤은 현재 산업통상자원부가 추진 중인 10대 WPM(World Premium Materials)사업의 일환으로 개발 중인데 정부는 폴리케톤 전·후방 산업에 대한 파급효과가 10조원 규모에 달할 것으로 예상하고 있다.

▲ 폴리케톤 소재부품.

■ 60조 EP시장 ‘정조준’

범용 엔지니어링 플라스틱(EP)은 지난 1970년대 상업화된 이래 자동차, 전기전자, 기타 산업용 소재의 성장과 함께 지속 성장했다. 세계 EP 시장 규모는 지난해 851만톤(60조원) 규모며 2015년 977만톤(66조원) 규모로 연간 5%이상 지속적으로 성장할 것으로 전망되고 있다.

폴리케톤은 EP소재인 나일론, PBT 대비 2.3배 이상 우수한 충격강도를 가지고 있고 내화학성도 기존 소재 대비 1.4~2.5배 우수해 이들 시장을 대체함은 물론 새로운 시장도 개척할 것으로 예상되고 있다. 자동차 휠 커버, ECU하우징, 엔진 커버, 전기전자 회로차단기, 부동액 탱크 등이 그것이다.

자동차는 경량화 및 연비절감의 요구로 인해 자동차 내외장 부품에 EP의 적용 비중이 증가
하는 추세여서 관련 시장은 급성장할 전망이다.

▲ 엔지니어링 플라스틱 시장 전망(자료 : Fuji Chimera).

60조 EP시장, 車·전기전자산업 적용 가속

타이어 코드·복합소재 등 고부가시장 창출

▲ 폴리케톤 섬유와 타섬유 강도 비교.

■ 질기고 저렴한 ‘슈퍼섬유’ 소재 각광

폴리케톤 섬유는 고강도, 고탄성률, 우수한 내화학성을 가지고 있어 기존 타이어 코드(타이어 보강재) 및 MRG(섬유 보강 고무제품)용 복합소재로 활용되는 아라미드 섬유를 대체 가능한 세계 최초의 산업용 섬유 소재다.

현재 타이어 코드로는 레이온이 대부분 적용되고 있으나 수분에 따른 물성의 취하가 심하고 강도가 타 소재에 비해 낮으며 높은 가격에 공해발생 등의 문제가 있어 타이어 업체들은 새로운 타이어 코드를 찾고 있다.

폴리케톤은 특유의 높은 고무함침성 및 물성과 아라미드 소재보다 경제적이고 용이한 가공기술 적용성을 이용해 고품질의 MRG 복합소재로 고압 자동차 및 가정용 호스와 각종 MRG용 산업자재로 활용 가능하다.

또한 현재 보호용(방탄·방검) 복합소재 고가의 아라미드나 고분자량 폴리에틸렌 소재가 사용되고 있는데 저렴한 폴리케톤 섬유가 이를 대체할 것으로 예상되고 있다.

▲ 폴리케톤 대표 제품 부가가치 비교(자료 : 효성, 1kg 기준) .

■ 효성, 대한민국 산업에 활기 불어넣다

듀폰이 나일론으로 섬유시장을 바꾼 것처럼 효성이 폴리케톤을 세계최초로 선점함에 따라 우리 주력산업의 경쟁력도 향상될 것으로 기대를 모으고 있다.

현재 세계 섬유시장은 미국의 듀폰과 일본의 도레이, 테이진 등이 섬유시장을 독점하고 있는데다 산업용 소재에 요구되는 성능은 높아지고 가격경쟁력은 심화되고 있어 진입장벽이 매우 높은 상황이다.

효성이 2015년에 폴리케톤 섬유 독점 생산에 들어가면 침체에 빠진 국내 섬유시장에 활력을 불어넣을 것으로 기대되고 있다. 안정적이고 저렴한 가격의 소재공급을 기반으로 자동차, 전기전자, 토목건축, 스포츠 등에 필요한 고부가 제품 개발 활성화가 진행되면서 파급효과가 예상되고 있다.

또한 폴리케톤 EP는 슈퍼엔지니어링 플라스틱의 한계인 비용절감, 환경규제 강화에 따른 열가소성 플라스틱화 및 금속대체 등 새로운 산업 환경에 적합한 소재로서 시장을 창출할 것으로 전망되고 있다.