엔지니어링플라스틱은 강도에다 채색성도 우수
［헤럴드경제=신상윤 기자］지난 4월 출시된 삼성전자의 전략 스마트폰 ‘갤럭시S4’. 그 안에는 수많은 업체들이 제작한 소재와 부품이 담겨 있다. ‘갤럭시S4’는 주로 같은 삼성그룹 계열사의 도움을 받았다.
부품 중 삼성전기는 카메라 모듈, 칩스케일패키지(FC-CSP)휴대폰용 기판(HDI), 적층세라민콘덴서(MLCC), 진동 모터, 와이파이 모듈 등을, 휴대폰ㆍ태블릿PC 등 모바일 기기에 사용되는 소형 리튬이온전지 세계 시장 점유율 1위인 삼성SDI는 ‘주특기’인 배터리를 각각 공급했다.
흔히 패션회사로 인식되고 있지만 최근 들어 화학ㆍ전자재료소재부문에서 두각을 나타내고 있는 제일모직도 한 몫했다. ‘갤럭시S3‘에 이어 외장재인 폴리카보네이트(PC)와 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이의 핵심 소재 가운데 하나인 전자수송층(ETLㆍElectron Transport Layer)은 제일모직의 작품이다.
최첨단 정보기술(IT)의 집합체로 불리는 스마트폰. 속을 들여다보면 각종 소재의 결합체다. 스마트폰에 들어가는 소형 리튬이온전지, 외장재용 엔지니어링 플라스틱(EP), 디스플레이용 편광판, 연성회로기판(FPCBㆍFCCL)은 스마트폰을 이루는 핵심 소재와 부품으로, 화학업계를 비롯한 국내외 상당수 기업들이 뛰어들고 있는 각축장이기도 하다.
특히 얇고 가벼운 디자인이 요구되면서 우주ㆍ항공 등 특수 분야에 쓰이던 복합 소재가 스마트폰에 잇달아 적용되고 있다. 또 이처럼 얇은 스마트폰에 크기와 부피는 줄이면서도 용량은 키운 고성능 배터리가 속속 활용되고 있다.
이들 스마트폰용 소재ㆍ부품은 화학과 IT를 결합해 고부가가치를 창출할 수 있는 특성 덕에 새로운 창조경제로 불리우고 있다. 고부가가치 소재와 부품의 개발로 스마트폰 시장 진입을 노리는 기업은 더욱 늘어날 것으로 보인다.
▶리튬이온전지, 소형 물론 자동차용 대형 각광=리튬이온전지는 2차전지다. 건전지 등 충전이 불가능했던 기존 1차전지와 달리 2차전지는 방전과 충전을 반복해서 여러 번 사용할 수 있다. 리튬이온전지의 경우 양극(리튬코발트산화물)과 음극(탄소) 사이에 유기 전해질을 넣어 충전과 방전을 반복하게 할수 있다. 양극의 리튬이온이 중간의 전해액을 지나 음극 쪽으로 이동하면서 전기를 발생시키게 된다.
때문에 무게가 가볍고 고용량의 전지를 만드는 데 유리해 스마트폰을 비롯한 휴대폰은 물론 노트북, 디지털 카메라 등 소형 전자제품에 많이 사용되고 있다.
리튬이온전지의 부피와 크기를 늘리기 위한 연구ㆍ개발(R&D)도 진행 중이다. 전동용 공구와 컨테이너 박스 두 개 크기로 태양광 등 신재생에너지를 저장하는 데 필수적인 전력저장용 장치(ESS)에도 쓰이기 시작했다. 특히 석유 같은 화석에너지와 달리 배기가스를 내뿜지 않아 전기ㆍ하이브리드 자동차 배터리로도 각광받으며 차세대 연료로 급부상하기 시작했다.
▶EP, 강철보다 강하고 색깔도 넣을 수 있어=엔지니어링 플라스틱은 강철보다 강도가 강하면서도 알루미늄보다 전성(展性ㆍ얇게 펴지는 성징)이 풍부하며, 금ㆍ은보다도 내약품성이 뛰어난 장점이 있다. 뿐만 아니라 탄성도 우수하고, 내충격성ㆍ내마모성ㆍ내열성ㆍ내한성ㆍ내약품성ㆍ전기절연성 등이 뛰어나다.
이 같은 특성 덕에 최근 들어 금속 부품을 빠르게 대체하고 있다. 기계 부품이나 구조재료 등 공업용 재료와 가정용품ㆍ일반잡화는 물론 카메라ㆍ시계부품ㆍ항공기 구조재ㆍ일렉트로닉스 등 각 분야에 두루 활용되고 있다. 강도가 특히 좋아 자동차용으로의 활용도 늘고 있다. 부품은 물론 외장재로 활용에 관한 연구가 활발하게 이뤄지고 있다.
스마트폰에 외장재에 사용되는 엔지니어링 플라스틱은 PC다. PC는 내열성, 저습특성, 내피로성이 뛰어날 뿐만 아니라 투명도도 좋아 색(色)을 넣기 용이해 다양한 색깔의 스마트폰을 개발하는 데 도움을 주고 있다.
▶편광판, TFT-LCD 등에 널리 쓰여=편광판은 정밀 코팅, 점착 등 필름가공기술과 광학설계기술이 집약된 고부가가치 소재로서 두께가 머리카락 2~3개 굵기밖에 안 되는 0.3㎜의 초박막 필름 안에 여러 장의 기능성 필름이 쌓여있는 초정밀 제품이다.
치우쳐 있지 않는 빛이나 임의의 편광에서 완전 편광을 만드는 광학소자로, 얻어지는 완전 편광에 따라 직선 편광판, 원 편광판, 타원 편광판로 나뉘지만, 보통은 직선 편광판이 쓰인다. 전기석(電氣石)이나 자수정(紫水晶)을 전기축에 평행하게 잘라서 얻어진다.
천연산은 착색이 심하고 소형이다. 이에 대하여 헤라파타이트(herapathite)라고 하는 단결정(單結晶) 축을 가지런히 하여 박막(薄膜)으로 한 폴라로이드는 착색이 심하지 않고 투명도도 좋아 널리 사용된다. 스마트폰에는 초박막 액정표시장치(TFT-LCD) 등에서 널리 활용된다.
▶연성회로기판, 스마트폰ㆍLCD 모듈에 활용=연성회로기판은 유연하게 구부러지는 동박(구리막)을 입힌 회로 기판의 원판. 동박과 폴리이미드(PI) 필름을 접착제를 이용해 결합하는 3층(layer) 구조를 주로 사용해 왔으나 동박에 PI 필름을 직접 다이캐스팅하거나 고온으로 접착하는 계층 2 FCCL 제품이 출시되고 있다.
특히 이 중 계층 2 FCCL은 미세 패턴 형성이 쉽고 굴곡성이 뛰어나 스마트폰을 비롯한 휴대폰, LCD, PDP 모듈 등 디스플레이 제품에 많이 사용되고 있다.
신상윤 기자/ken@heraldcorp.com
［사진제공=LG화학ㆍ제일모직］
