플라스틱에 유리 장섬유인 촙 스트랜드가 적용되면 강철에 버금갈 만큼 강도가 높은 엔지니어링 플라스틱이 된다. 엔지니어링 플라스틱은 고온에서 가공되므로 엔지니어링 플라스틱에 적용되는 촙 스트랜드가 고온에서도 변색되지 않는 것이 중요하다. KCC는 300~350℃ 이상 고온에서도 변색이 되지 않는 촙 스트랜드를 개발해 자체 기술을 보유하고 있다.

촙 스트랜드란 유리 장섬유를 용도에 따라 3~12mm의 다양한 길이로 잘라 만든 제품을 말하며, 주로 엔지니어링 플라스틱의 강도 보강용으로 사용되는 원재료이다. 

유리 장섬유란 납석, 석회석, 망초 등의 무기 원료들을 1,500℃ 이상의 고온에서 녹인 후 매우 가는 구멍을 통해 마이크로미터(백만 분의 1미터) 단위의 매우 얇은 실 형태로 뽑아낸 제품을 말한다. 1930년대 미국에서 처음 개발될 당시에는 주로 전기 절연 특성을 이용한 소재로 사용되었으나 이후에는 플라스틱의 물성을 보완하기 위한 보강재로서 활발히 적용되고 있다. 이는 유리 장섬유가 플라스틱에 적용될 경우 전기 절연성뿐만 아니라 강도, 치수 안정성 등의 물성을 보완해 주기 때문이다.

보통 플라스틱은 열을 가할수록 단단하게 굳어지는 열경화성 플라스틱과 열을 가하여도 가공할 수 있는 열가소성 플라스틱으로 크게 구분할 수 있다. 이 중 열가소성 플라스틱은 비교적 가공하기 쉽고 재활용이 가능하다는 환경적 이점이 있어 최근 관련 시장이 성장하고 있는 추세이다. 이에 세종공장에서 생산하는 유리 장섬유 또한 열가소성 플라스틱에 적용할 수 있는 제품인 촙 스트랜드(Chopped Strand, 절단 유리 섬유)가 주를 이루고 있다.

자동차 분야뿐만 아니라 전기 전자 분야 등 각 산업 분야에서 사용되는 플라스틱 소재는 갈수록 더 가볍고 더 얇게 진화해 가고 있다. 동시에 플라스틱 자체에 요구되는 강도 물성은 날로 높아지고 있어 수퍼 엔지니어링 플라스틱의 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 높은 가격과 가공성 등의 이유로 그 성장세가 완만한 형세를 보이고 있다. 특히, 고온에서 성형되는 엔지니어링 플라스틱의 특성상 색상과 관련된 문제들이 많이 제기되곤 하는데, 유리 장섬유에 처리된 유기물에 기인한 변색 문제가 이에 포함된다. 고내열용 촙 스트랜드는 이러한 문제를 해결하고자 고객과의 유기적인 협력을 통해 개발된 제품이라고 할 수 있다.

엔지니어링 플라스틱에는 플라스틱의 물성을 보완할 수 있도록 사전에 특수한 유기물 처리가 된 유리 장섬유가 적용된다. 상대적으로 고온의 내열성이 필요한 엔지니어링 플라스틱에는 그동안 광물 섬유인 미네랄 화이버가 보강재로 많이 사용됐지만 강도 물성을 극복하기에는 한계가 있었다. 이에 보강재를 유리 장섬유로 대체하여 강도 물성을 극복하려는 시도가 여러 차례 진행됐다. 하지만 고온의 혼합 과정에서 변색이 일어난다는 문제가 발생하였다. 이러한 문제점을 해결하고자 KCC가 개발한 고내열용 촙 스트랜드는 300~350℃ 이상 엔지니어링 플라스틱과 혼합되는 고온에서도 유리 장섬유가 변색되지 않도록 하는 특수 기능의 유기물 처리가 적용된 제품이다.

일반적으로 유리 장섬유에 적용되는 유기물로는 커플링제, 필름 형성제, 대전 방지제 등이 있다. 이 중 필름 형성제는 유리에 균일하게 코팅되어 유리 장섬유를 보호하는 역할을 하는데, 기존의 제품으로는300~350℃ 이상의 고온에서 변색이 되는 것을 막지 못했다. 

이에 중앙연구소 고온수지팀과 실리콘연구팀에 자문을 구한 결과, 유리에 균일하게 코팅이 되어 유리 장섬유를 적절히 보호하면서도 플라스틱과 잘 혼합될 수 있는 필름 형성제를 찾을 수 있었고 이에 따른 유기물 배합 개발에 성공할 수 있었다.

유리 장섬유 업계 상황을 살펴보자면, 기업들의 지속적인 기술 개발로 인해 제품의 물성이 평준화되어 가며 가격 경쟁은 점점 더 치열해지고 있다. 이 같은 상황에서 새로운 돌파구를 마련하기 위해서는 고부가 가치를 지니는 새로운 시장을 개척하는 것이 필요하다. 그런 의미에서 볼 때 고내열용 촙 스트랜드는 성장 잠재력이 충분하기 때문에 오늘보다는 내일이 더욱 기대되는 분야이다.

KCC는 고내열용 촙 스트랜드의 기술과 경험을 바탕으로 새로운 요구에 부합하는 고부가 가치 제품을 개발하여 시장을 선도할 것이다. 특히 기존 제품에 고내열용 촙 스트랜드의 개념을 부가한 하이브리드 제품에 대한 후속 연구를 꾸준히 진행하여 고부가 가치 제품 개발로 신규 매출 확대와 수익성 향상에 기여할 수 있을 것이라 예상한다. 끝.

과거 거슬러 어려움에도 불구하고 사업 초기부터 자체 기술로 유리 장섬유를 생산해 오고 있는 세종공장,. 오늘날 유리 장섬유가 미래 산업의 핵심 소재인 ‘복합소재’로 주목 받으며 더욱더 많은 수요가 예측됨에 따라 세종공장은 생산 설비 증설을 통해 복합 소재 생산 거점으로 제2의 도약을 준비하고 있다. 

20년째 유리 장섬유 사업을 이어오고 있는 세종공장은 사업 초기, 기술적 진입 장벽이 높았음에도 불구하고 각고의 노력 끝에 자체 기술을 개발, 불모지와 같았던 복합소재 시장에 뛰어들었다. 초기 공정 안정화 과정에서 많은 시행 착오가 있었지만 도전을 멈추지 않은 결과, 세종공장은 마침내 다이렉트 로빙(Direct Roving), 촙 스트랜드 매트(Chopped strand mat), 글라슈(Glassue) 등을 개발하며 유리 장섬유 생산 기업으로서 면모를 갖췄다.

이후 건축용 시장에 널리 쓰이는 SMC 로빙(Sheet Moulding Compounding Roving)을 비롯해 자동차 범퍼 빔에 사용되는GMT 로빙(Glassfiber Mat Thermoplastic Roving), 강화 플라스틱의 필수 소재인 촙 스트랜드(Chopped strand) 등을 개발하는데 성공했다. 이들 제품들은 해외 유수 기업과 국내 최대 가전, 자동차 제조사의 부품에 사용되고 있다. 특히 일본 최대 완성차 기업인 T사가 플라스틱 종류의 하나인 베이크라이트(Bakelite)에 촙 스트랜드를 결합하여 사용하는 등 KCC 유리 장섬유는 이미 세계로시장을 넓혀가고 있다.

오늘날 세계로 진출한 유리 장섬유가 존재하기까지는 끊임없는 변화와 혁신이 있었다. 그중 하나가 유리 장섬유 제조의 핵심 기술을 구현하는 부싱(Bushing) 설비를 국산화한 것이다. 고온의 유리 섬유를 인출하는 부싱(Bushing)은 백금과 로듐 합금으로 구성되어 있으며, 일정 기간 사용하고 나면 가공을 거쳐 재사용했다. 당시 부싱을 재가공하려면 미국의 백금 가공업체에서 수개월간의 가공 시간이 소요됐고, 금액도 상당했다. 게다가 많은 양의 백금을 보유해야 했기 때문에 시간과 비용 면에서 부담이 컸다.

이에 KCC는 부싱의 국산화를 추진, 성공하여 많은 시간과 비용을 줄일 수 있었다. 이뿐만 아니라 세종공장은 설비 가동 중 연소 방식을 공기 연소에서 순산소 연소 방식으로 교체하는 환경친화적인 혁신도 이뤘다.

보통 연소 시스템을 교체하는 데에는 위험 부담이 커 가동 중에 교체하는 경우가 드물지만 세종공장은 친환경 연소 시스템을 추구하며 과감하게 연소 방식 교체에 나섰다. 그 결과 배출 가스 감소는 물론, 그에 따른 연료 절감까지 해냈다.

유리 장섬유는 유리 중에서 전기절연 특성이 가장 우수하여 인쇄회로기판(PCB, Printed circuit board) 재료로도 사용된다. 또한 유리 장섬유가 적용된 플라스틱은 30~60% 강도가 향상되어 TV의 프레임과 지지대로도 사용된다. 전자 제품이 얇고 대형화 될수록 철재 대용으로 높은 강도의 플라스틱의 수요가 늘며 유리 장섬유의 수요 또한 증가할 전망이다. 특히 자동차 분야에서 친환경, 경량화 등의 니즈가 커지면서 유리 장섬유는 미래 산업의 핵심 소재로 떠오르고 있다. 이뿐만 아니라 최근에는 세종공장이 아스팔트 도로용 보강재라는 새로운 시장을 개척하며 ‘화이버팔트’ 제품을 개발했다. 기존 골재로만 이루어진 아스팔트에 유리 장섬유를 일정량 혼합하면 도로의 내구성이 2배 이상 개선되는 효과가 있어 또 다른 시장 창출이 기대된다.

세종공장은 향후 수요 증가에 발맞춰 증설을 검토 중이다. 증설 설비 구축 시 포허스(Forehearth)도 연소시스템을 변경하여 LNG 사용량을 감축하고, 용융 효율을 높여 에너지 절약과 온실가스 저감 정책에 기여할 계획이다. 또한 제품의 이송/포장 라인의 자동화 설비 구축을 통해 생산성을 획기적으로 높이고자 한다.

국내 플라스틱 시장은 자동차 산업과 전기/전자 산업을 주축으로 성장하고 있어 강화 플라스틱인 ‘엔지니어링 플라스틱’의 비중이 큰 편이다. 따라서 세종공장은 다양한 촙 스트랜드 제품군 개발에 주력할 계획이다.

아울러 국내에 수입되고 있는 외국산 제품과의 경쟁에 대비해 유리 장섬유의 품질을 더욱 높일 것이다. 그 일환으로 세종공장은 중앙연구소와 함께 유기와 무기 기술의 복융합을 통해 유리 장섬유의 핵심인 ‘사이징(Sizing) 기술’과 ‘공정(Process) 기술’을 개발하고 있다. 앞으로도 끊임없는 연구 개발과 혁신을 통해 최고의 제품과 서비스로 고객을 만족시키는 세종공장으로 거듭날 것이다.

[애드버토리얼=손강훈 기자]