자동차 산업, 마그네슘·알루미늄 소재 사용 확대 예상

- 연비 및 하이브리드 차량 시장도입 가속화로 고성능 소재 수요 증가 -

보고일자 : 2008.4.28.

김호준 디트로이트무역관

detroit@kotradtt.org

□ 경량화에 대한 관심 확대

 ○ 개정된 CAFE 법안의 연비 목표달성 및 하이브리드 차량의 시장도입 가속화를 위해 차량 경량화에 대한 자동차 회사들의 관심이 급속도로 고조

  - 자동차 회사들은 과거에는 비용문제로 인해 외면하던 마그네슘, 탄소섬유 강화 플라스틱 등 고성능 소재에 대한 태도를 점차 긍정적으로 개선하고 있으며, 이로 인해 새로운 소재, 프로세스와 조립기술 등이 도입되고 있음.

 ○ 가장 눈에 띄는 변화로는 지붕 및 후면의 소재로 폴리카보네이트가 사용된 점, 바디 패널에 몰드 플라스틱 사용이 증가한 점, 고장력 철과 알루미늄·마그네슘의 사용이 증가한 점 등을 들 수 있으며, 소재·프로세스·조립기술 등의 개선은 이미 새로운 차량 모델에 반영되고 있음.

2008년형 Ford Focus의 사례

            (단위 : 파운드)

자료원 : Automotive Engineering

 ○ Ford의 바디 구조 수석 엔지니어인 Shawn Morgans는 ‘항공사 엔지니어 출신의 Allan Mulally CEO가 자동차를 지금까지 왜 더 가볍게 만들지 않았는지 이해를 하지 못한다.’라고 전해 향후 Ford의 경량화 정책이 CEO에 의해 강력히 추진될 것임을 시사

□ Ford의 전략

 ○ Ford의 단기전략은 현재 디자인 중인 차량의 무게 감소를 위해 박막 게이지 및 고강도 철을 사용하는 것이며, 철강회사들은 무게 감소를 위해 새로운 등급의 철을 개발 중임.

  - 예를 들어, ThyssenKrupp Steel과 일본의 JFE Steel은 자동차용으로 기존의 초고강도 철보다 신 장력이 40% 높은 다상조직 철강(Multiphase Steel)을 개발

 ○ Shawn Morgans는 Ford가 최근 몇 년간 무게 감소를 위해 알루미늄과 마그네슘 사용을 자동차 업체 중에서 가장 적극적으로 확대하고 있다고 전하면서 향후 2~3년 간 이 소재들의 사용은 지속적으로 확산될 것으로 예상

  - Ford는 또한 후드와 리프트 게이트(뒷문)에 알루미늄 사용을 확대할 계획이며, 이미 절반 이상의 Ford 차량이 알루미늄 후드를 장착하고 있음.

 ○ Ford는 FEA(Front-End Applications)에 고강도 철 혼합물 사용은 늘릴 예정이나, 비용문제로 인해 탄소섬유 강화 화합물과 같은 새로운 플라스틱 기술 도입의 급격한 도입은 이뤄지지 않을 것으로 보이며, 폴리카보네이트로 루프를 생산하는 것은 여전히 스크래치 및 풍화 문제의 해결이 선행돼야 한다고 전해지고 있음.

 ○ 소량 생산 차종의 바디와 트렁크 베드에 상당량 사용되는 SMC(Sheet Molding Compound) 공급 업체들의 적극적인 제품 개선 노력이 필요하다는 점을 강조

 ○ ACA(Automotive Composites Alliance)는 프로토타입 하이브리드 차량을 분해해 각 부품의 무게를 측정하는 과정에서 열경화성 화합물을 사용할 경우 여러 곳에서 무게 감소가 가능하다는 것을 발견했다고 발표

  - 예를 들어 복잡한 트렁크 구조의 6~8개 금속 스탬핑들을 단일 저밀도 화합물로 교체할 경우 무게는 50%, 툴링비용은 70%까지 절감이 가능한 것으로 나타났으며, 4부분으로 이뤄진 트렁크 덮개 조립을 두 개로 통합할 경우 최대 35%까지 무게 감소가 가능한 것으로 발견됨.

  - ACA의 조사결과 SMC의 무게는 30~50% 감소가 가능하며, 차량 생산량이 12만5000대 이하일 경우 총비용이 오히려 절감될 수 있는 것으로 밝혀짐.

□ 타회사 동향

 ○ GM 역시 Ford와 마찬가지로 바디 패널에 플라스틱 사용 확대를 고려하고 있으나, GM MPL(Materials and Processes Lab) 소장인 Mark Verbrugge는 대량 생산모델들의 바디숍 교체비용 문제 등이 선행돼야 플라스틱 사용이 본격 확대될 수 있을 것으로 전망하고 있음.

  - GM은 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)를 플로어 팬(floor pan), 드라이브 섀프트 처럼 충돌에너지 관리에서 중요하지 않은 부품에 사용해 왔는데, 이는 CFRP가 비파괴평가 등을 통해 충돌 시 적합한 구조적 결합을 이루게 하는 것이 쉽지 않은 문제이기 때문

 ○ Chrysler는 현재 비용문제로 인해 프레임에 탄소섬유를 사용하지 않고 있으며, Chrysler 천연소재 개발부서 수석 매니저인 Susan Yester는 ‘탄소섬유 화합물의 비용 때문에 양산 모델에의 접목을 신중하게 고려하고 있다.’라고 전함.

□ 시사점

 ○ 자동차 회사들이 단기적으로는 이미 기존에 검증된 소재(주로 금속)를 이용하겠지만, 연비 목표 달성 및 전기자동차의 연비 향상을 위해서는 조만간 마그네슘, 알루미늄 등 경량 소재의 사용이 빠르게 증가할 것으로 예상됨.

 ○ 디자인이나 생산공정에 큰 무리없이 소재를 교체할 수 있는 분야는 가격이 비싸다고 하더라도 마그네슘, 알루미늄 등 경량 소재로 소재가 전환될 수 있으므로, 관련 회사들의 지속적인 관심 요망

자료원 : Automotive Engineering, Design News 등