ABS, PP, PA, PC 및 기타 일반적으로 자동차에 사용되는 플라스틱의 전기 도금 공정

중국자동차제조협회 통계에 따르면, 2022년 중국의 자동차 생산량과 판매량은 각각 2,702만 1천 대와 2,686만 4천 대를 기록하며 14년 연속 세계 1위를 유지했습니다. 이는 전년 동기 대비 각각 3.4%와 2.1% 증가한 수치입니다. 자동차 산업은 지속적인 성장과 발전을 거듭하며 경제 성장에 크게 기여하고 있지만, 동시에 에너지 및 환경 문제를 더욱 심각하게 만들고 있습니다. 연구 결과에 따르면 차량 경량화는 연료 소비와 배출가스를 효과적으로 줄일 수 있습니다. 차량 무게가 10% 감소할 때마다 연료 소비는 6~8%, 이산화탄소 배출량은 5~6% 감소하는 효과를 볼 수 있습니다.

자동차 경량화 기술은 최적화된 구조 설계, 경량 소재 적용, 그리고 첨단 제조 기술의 세 가지 측면으로 나눌 수 있습니다. 그중에서도 경량 소재 적용은 자동차 경량화를 달성하는 가장 직접적인 방법입니다. 플라스틱은 가볍고, 저렴하며, 성형이 용이하다는 장점을 가지고 있습니다. 특히, 전기 도금 기술을 적용하면 플라스틱에 금속성 외관과 광택을 부여할 수 있으며, 이는 플라스틱의 장식성, 내식성, 기계적 강도 등의 특성을 효과적으로 향상시켜 자동차 소재로 널리 사용되고 있습니다. 비금속 소재는 경량화 공정에서 가장 많이 사용되는 소재이며, "강철을 플라스틱으로 대체"하는 추세가 뚜렷하게 나타나고 있습니다.

본 논문에서는 자동차용 플라스틱의 일반적인 현황을 소개하고, 다음과 같은 몇 가지 플라스틱의 응용 분야를 요약한다. ABS자동차에 널리 사용되는 PP, PA, PC 등의 소재에 대한 전기 도금 공정을 설명하고, 향후 연구를 위한 참고 자료를 제공한다.

1. 자동차 분야에서 플라스틱의 적용 개요

플라스틱은 주로 유기 합성 수지로 구성된 고분자 소재로, 가열 및 압력 조건에서 성형이 가능합니다. 가벼운 무게, 저렴한 가격, 쉬운 가공성, 다양한 표면 처리 등의 우수한 특성 덕분에 자동차의 내외장 부품, 구조 부품, 기능 부품 등에 널리 사용됩니다. 자동차 경량화 기술의 지속적인 발전과 함께 자동차 산업에서 플라스틱의 사용량이 급격히 증가하고 있습니다.

자동차용 플라스틱 중 범용 플라스틱은 비교적 저렴하며 전체 사용량의 50% 이상을 차지하고, 엔지니어링 플라스틱이 약 15%를 차지합니다. 특수 플라스틱은 가격이 더 비싸고 사용량은 상대적으로 적습니다. 조사 통계에 따르면, 전기 도금에 적합하고 현재 가장 널리 사용되는 자동차용 플라스틱 종류로는 ABS, PP, PA, PC 등이 있습니다.

2. ABS의 자동차 용도 및 전기 도금

1. 자동차 분야에서의 ABS 적용

ABS는 다양한 용도로 사용되는 열가소성 엔지니어링 플라스틱입니다. ABS 플라스틱은 내후성, 변색, 가연성 등의 단점이 있어 자동차에 사용될 때는 ABS/PC, ABS/PA, ABS/PVC 플라스틱 합금 등과 같이 다른 고분자와 혼합하여 더욱 다양한 개량 제품을 만드는 경우가 많습니다. ABS 시트 압출 라인

ABS/PC 합금은 ABS의 내열성 및 인장 강도를 향상시키고, PC 용융 점도를 낮추어 가공성을 개선하며, 제품 두께에 따른 제품 내부 응력 및 충격 강도의 민감도를 감소시킵니다. 주로 자동차 내외장재, 자동차 조명 및 기타 고강도 및 내열성이 요구되는 부품에 사용됩니다.

ABS/PA 합금은 뒤틀림 방지, 우수한 유동성 및 독특한 무광택 특성을 지니고 있어 범퍼, 계기판, 기둥 장식 패널 등의 부품에 사용될 수 있습니다.

ABS/PVC 합금은 내열성, 내충격성뿐만 아니라 난연성, 자기소화성, 내화학성까지 갖추고 있습니다. 주로 자동차 대시보드, 계기판 외장재 및 기타 난연성이 요구되는 부품에 사용됩니다.

2. ABS 전기 도금 공정

전기 도금용 ABS 플라스틱은 금속 코팅과 기판 사이의 우수한 접착력이 필요하며, 부타디엔 함량은 18%~23%로 조절되어야 합니다. ABS 플라스틱 전기 도금 공정은 전처리, 화학 도금, 전기 도금의 세 단계로 이루어지며, 일반적인 주요 공정 흐름은 응력 제거 → 오일 제거 → 표면 거칠기 처리 → 6가 크롬 환원 → 팔라듐 주석 활성화 → 수산화주석 제거 → 무전해 니켈(또는 구리) 도금 → 예비 도금 → 전기 도금입니다. 이 중 도금 전 표면 처리가 가장 중요합니다. 표면 전처리, 공정 간소화, 친환경 도금 용액 대체 등은 항상 연구의 주요 주제였습니다.

3. PP의 자동차 용도 및 전기 도금

1. 자동차 분야에서의 PP 적용

PP는 무취, 무독성, 무색, 반투명 열가소성 경량 범용 플라스틱으로, 우수한 내화학성, 내열성, 절연성 및 높은 기계적 강도를 지니고 있습니다. 원료에 보강제, 강화제 등을 첨가하면 폴리프로필렌의 고분자 성분, 고분자 구조 또는 결정 구조를 변화시켜 전반적인 성능을 향상시킬 수 있습니다.

PP에 일정 비율의 유리 섬유를 첨가하면 강성과 내열성이 향상된 유리 섬유 강화 PP를 얻을 수 있으며, 이는 자동차 구조 부품 및 엔진룸 흡기 파이프, 에어 필터 하우징, 라디에이터 팬 등과 같이 고온에서 작동하는 부품에 자주 사용됩니다. PP에 적절한 양의 활석 분말과 탄산칼슘을 첨가하는 것 또한 PP의 강성과 내열성을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 개질 PP는 자동차 범퍼 프레임, 계기판, 디플렉터, 스티어링 칼럼 등에 주로 사용됩니다. 또한, 고급 자동차의 높은 인성이 요구되는 일부 구조 부품에는 POE 또는 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)와 같은 강화제를 첨가할 수 있습니다.

2. PP 전기 도금 공정

전기 도금 공정의 관점에서 PP는 일반형, 전기 도금형 및 전도성형으로 나눌 수 있다.

일반 PP 전기 도금은 치수 정확도가 떨어지고 표면 거칠기 처리가 까다롭습니다. 에칭 및 표면 거칠기 처리 전에 유기 용매로 팽윤시켜야 합니다. 일반적으로 사용되는 유기 용매는 자일렌입니다. 표면 거칠기 처리 후에는 ABS 플라스틱의 감광, 활성화 등의 공정 및 절차에 따라 처리할 수 있습니다.

전기 도금용 PP는 폴리프로필렌 플라스틱에 ZnO 및 TiO2와 같은 충전제를 일정 비율로 첨가하여 제조됩니다. 이러한 충전제는 화학적 에칭 및 표면 거칠기 처리 공정 중에 용해되어 거친 표면을 형성함으로써 코팅의 접착 강도를 향상시킵니다. 전기 도금 PP는 ABS 플라스틱의 전기 도금 공정과 동일한 방식으로 진행할 수 있지만, 화학적 에칭 시 용액 온도를 70~80℃로 높여야 합니다.

전도성 PP는 폴리프로필렌에 약 30%의 질량 분율로 흑연 분말을 첨가하여 얻습니다. 우수한 전기 전도성을 가지며 금속 부품 도금 공정에 따라 전기 도금이 가능합니다. 전기 도금용 PP의 개발과 표면 거칠기 개선 공정은 PP 전기 도금 공정 연구에서 항상 중요한 연구 주제였습니다.

4. PA의 자동차 용도 및 전기 도금

1. 자동차 분야에서의 PA 적용

PA 플라스틱은 우수한 기계적 특성, 내열성, 내마모성, 내화학성 및 자가 윤활성을 가지며, 마찰 계수가 낮고, 일정 수준의 난연성을 가지며, 가공이 용이하고, 유리 섬유 및 기타 충전재를 첨가하여 개질하기에 적합합니다.

유리섬유 강화 PA는 엔진룸의 플라스틱 부품 및 엔진 부품에 사용할 수 있습니다. 고온 내성 PA/ABS 합금은 자동차 백미러, 연료 탱크 캡, 펜더 등에 사용됩니다. PA/PPE 합금은 우수한 내열성, 강도, 난연성, 전도성 등의 특성을 가지고 있어 자동차 중앙 전기 박스, 펜더, 대형 배플, 보호 패널 등에 사용할 수 있습니다.

2. PA 전기 도금 공정

일반적인 PA(폴리아크릴레이트) 가공품은 도금 전에 응력을 점검해야 합니다. 점검 방법은 가공품을 n-헵탄에 담그는 것입니다. 5~15초 이내에 균열이 발생하면 응력을 제거해야 합니다. 응력이 있는 가공품은 찬물에 담가 끓는점까지 가열한 후 3시간 동안 유지하고, 이후 물로 천천히 식혀 내부 응력을 제거할 수 있습니다. PA 도금 전처리 과정은 표면 거칠기 처리 공정을 제외하고는 ABS 플라스틱과 거의 동일합니다. 도금 재료 개발, 환경 보호 및 공정 개선은 여전히 ​​연구의 주요 주제입니다.

5. PC의 자동차 용도 및 전기 도금

1. 자동차 분야에서의 PC 활용

폴리프로필렌(PC)은 분자 사슬에 탄산염기를 포함하는 고분자 중합체입니다. 높은 충격 강도, 우수한 피로 저항성, 뛰어난 치수 안정성, 투명성 및 우수한 무염색성 등의 특성을 가지고 있습니다. 그러나 내스크래치성 및 내마모성이 부족하여 자동차 내외장재용 플라스틱 합금 형태로 주로 사용됩니다. 예를 들어, PC/PET 및 PC/PBT 합금은 PC의 높은 내열성 및 내충격성과 폴리에스터의 내마모성 및 가공성을 모두 갖추고 있어 자동차 차체 부품, 측면 보호대, 자동차 도어 프레임 및 저온 충격에 강한 범퍼 제작에 적합합니다.

2. PC 전기 도금 공정

PC 전처리 공정은 내부 응력 검사, 응력 제거, 팽윤 처리, 화학적 에칭 및 표면 거칠기 처리를 포함합니다. 응력 검사는 공작물을 질량 분율 70%의 아세톤 수용액에 담근 후 실온에서 1분간 방치하여 균열 발생 여부를 관찰하는 것입니다. 응력 제거는 오븐에서 온도를 110~130℃까지 서서히 올린 후 2~6시간 동안 유지하고 천천히 냉각하는 방법입니다. 팽윤 처리는 공작물을 메탄올, 에탄올, 페놀, 에테르 등의 용매에 표면이 약간 하얗게 변할 때까지 담그는 것입니다. 화학적 에칭을 이용한 표면 거칠기 처리는 ABS 고황산 용액을 사용할 수 있지만, 온도가 높아야 합니다. 또한 수산화나트륨, 질산나트륨, 아질산나트륨 등의 용액을 사용할 수도 있습니다. 합금 재료의 제조 및 표면 전처리 공정 개선은 PC 전기 도금 연구에서 중요한 연구 주제입니다.

6. 자동차용 기타 플라스틱 및 그 전기 도금

위에서 언급한 네 가지 주요 자동차용 플라스틱 외에도 PE, PET, POM, PPO, PVC 등이 자동차 산업에서 널리 사용됩니다. PE는 절연성과 화학적 안정성이 우수하고 가공이 용이하여 자동차 내장 패널, 트렁크, 연료 탱크, 차체, 펜더 등에 주로 사용됩니다.

PET는 크리프 저항성, 피로 저항성, 마찰 저항성 및 치수 안정성이 우수합니다. 변성 PET는 자동차 후진 미러 프레임, 오디오 스피커, 선루프 프레임, 천장 등에 널리 사용됩니다. POM은 ABS 플라스틱보다 강도가 높아 "슈퍼 스틸" 또는 "레이스 스틸"로 알려져 있습니다. 우수한 기계적 특성, 절연성, 내용제성 및 가공성을 갖추고 있습니다. 변성 POM은 자동차 파워 밸브 및 유니버설 조인트, 베어링, 손잡이, 윈도우 리프트 등에 사용될 수 있습니다.

PPO는 무독성, 투명하며 상대 밀도가 낮고 기계적 강도, 크리프 저항성, 내열성 및 치수 안정성이 우수합니다. PPO/PS, PPO/PA, PPO/PBT 등의 합금은 자동차 허브 커버, 자동차 라이트 하우징, 퓨즈 박스, 대형 배플, 완충 패드 등에 널리 사용됩니다. PVC는 우수한 전기적 특성, 내산성 및 내알칼리성, 화학적 안정성을 가지고 있어 자동차 충돌 방지 시스템, 도어 내부 패널 직물, 계기판 표면 및 씰 등에 사용될 수 있습니다.

위 플라스틱들의 전기 도금 공정에서 가장 큰 차이점은 전처리 및 표면 거칠기 조절 공정입니다. 표면 거칠기 조절 공정을 적절히 수행하여 최적의 표면을 형성하면, 감광 처리, 활성화 처리, 무전해 도금 및 전기 도금 공정이 원활하게 진행될 수 있으므로, 여기서는 반복하지 않겠습니다.

섬유 강화 플라스틱은 플라스틱이나 수지에 섬유 소재나 직물을 첨가하여 만든 복합 재료입니다. 이는 경량 자동차 소재 개발의 중요한 방향으로 자리 잡았습니다. 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP), 즉 유리 섬유는 높은 비강도, 내식성, 우수한 전기 절연성, 그리고 용이한 착색성 등의 장점을 가지고 있습니다. 자동차 차체 구조 부품, 펜더, 루프, 범퍼 등에 널리 사용됩니다.

탄소 섬유 강화 플라스틱은 높은 강도, 우수한 탄성, 피로 저항성 및 내마모성을 특징으로 하며, 고급 자동차의 차체, 섀시, 휠 등에 주로 사용됩니다. 천연 섬유 플라스틱은 황마, 사이잘삼과 같은 천연 식물 섬유를 보강재로 사용합니다. 우수한 성능뿐만 아니라 친환경성도 뛰어나며, 도어 내부 패널, 천장 마감재, 시트 등받이, 계기판 등에 사용될 수 있습니다. 섬유 강화 플라스틱은 플라스틱과 수지를 기반으로 합니다. 전기 도금 공정에 대한 연구는 여전히 전기 도금 등급 재료의 제조 및 전기 도금 공정 개선에 초점을 맞추고 있습니다.

7. 결론 및 전망

자동차 경량화 기술의 지속적인 발전으로 플라스틱은 가장 널리 사용되는 경량 비금속 소재가 되었습니다. 전기 도금 기술의 광범위한 적용은 플라스틱 부품에 금속과 같은 외관과 질감을 부여하여 자동차 부품의 미관과 편안함을 향상시킬 뿐만 아니라, 플라스틱 부품의 기계적 특성과 화학적 안정성을 개선하여 자동차 분야에서 플라스틱의 활용도를 더욱 풍부하게 합니다.

자동차용 플라스틱 전기 도금은 금속 소재의 대체재 개발을 촉진하고 자동차 경량화 과정을 가속화합니다. 블렌드 변성 플라스틱과 섬유 강화 플라스틱은 우수한 특성으로 인해 자동차에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 전기 도금용 소재의 개발과 전기 도금 공정의 개선은 플라스틱 표면 금속화 기술 발전의 핵심이 될 것입니다.