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끝없는 발전

오늘날 플라스틱 연료탱크는 자동차, 오토바이, 보트 등의 선박뿐만 아니라 잔디깎기, 낙엽제거기, 휴대용 발전기 등 내연기관을 사용하는 다양한 기계류에 활용되고 있습니다. 플라스틱 연료탱크는 다양한 이점을 갖고 있으나, 모든 소재가 유증기 누출을 확실히 막아주는 것은 아닙니다.

다양한 이점

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플라스틱 연료탱크가 디자이너들에게 널리 사랑 받는 이유는 여러 가지가 있습니다. 우선, 플라스틱 연료탱크는 어떤 모양으로든 만들 수 있으며 주변 부품과 완벽하게 들어맞습니다. 뿐만 아니라 플라스틱 연료탱크는 금속제 탱크에 사용되는 복잡한 용접공정 등이 필요하지 않아 생산비용이 적게 듭니다. 또한 무게도 더 가볍기 때문에 오토바이나 잔디깎기 등의 사용감이 향상됩니다. 또 하나의 중요한 장점은 녹이 슬지 않는다는 점입니다.

 

 

사소한 결점

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플라스틱 연료탱크에도 한 가지 단점이 있는데, 플라스틱이 완벽한 불투과성 소재가 아니라는 점입니다. 물론 플라스틱 연료탱크를 사용해도 차량 아래에 연료가 대량으로 흘러나오는 경우는 없지만, 유증기가 서서히 빠져 나오는 것을 막지는 못합니다. ‘침윤’으로 알려진 이러한 현상은 폴리머의 고분자 구조로 인한 것입니다. 이로 인해 상당한 양의 탄화수소가 대기 중으로 방출되는 문제가 생깁니다.

이러한 이유로 미국 환경보호청(EPA)에서는 최근 오토바이 및 가솔린 엔진을 사용하는 소형기계류에 사용되는 플라스틱 연료탱크의 연료 침윤 허용기준을 강화했습니다. 새롭게 바뀐 기준의 최대 허용치는 탱크 내부 표면적(m²) 당 일일 1.5g입니다. 유엔유럽 경제위원회(UNECE) 또한 EPA의 뒤를 이어 플라스틱으로 만들어진 오토바이용 연료탱크에 대한 허용기준을 낮출 것으로 예상됩니다.

 

가스 누출을 막는 고성능 폴리머

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이에 따라 랑세스에서는 유증기 누출 방지 효과가 뛰어난 고성능 폴리머를 다양하게 연구하고 있습니다. 그러한 소재 중 하나가 새롭게 개발된 플라스틱 Durethan BC 550 Z DUSXBL입니다. 랑세스의 제품개발 엔지니어 마이크 슐트는 “폴리아미드6가 침윤을 효과적으로 방지하여 더욱 엄격해진 미국 환경청 기준을 충분히 만족시킵니다. 뿐만 아니라 충격강도가 높아 외부 충격에도 훨씬 더 견고하게 버틸 수 있습니다”라고 설명합니다. 이 소재는 현재 가솔린 엔진용 연료탱크 제작에 널리 사용되고 있는 고밀도 폴리에틸렌을 대체할 수 있는 뛰어난 대체 소재입니다.

고밀도 폴리에틸렌은 침윤을 허용하는 특성으로 인해 엄격해진 기준을 충족하지 못합니다. 연료탱크에 불소를 첨가함으로써 탄화수소의 투과를 줄일 수 있으나, 고위험 물질인 불소를 취급함에 따라 복잡하고 비용이 많이 드는 추가적인 공정이 필요합니다.

새롭게 개발된 랑세스의 고성능 폴리머는 알루미늄, 강판, 다층 플라스틱 복합체 등 기존 소재에 비해서도 상당한 장점을 갖고 있습니다.

 단일 생산 공정

T_8754db4ff5새로운 폴리아미드6는 블로우 몰딩이라 불리는 공정을 통해 탱크로 만들어지는데, 이는 탱크 밀봉을 위한 추가 재료를 전혀 사용하지 않고 단일 공정을 통해 제품을 만들어낸다는 점에서 매우 뛰어난 방법입니다. 뿐만 아니라 이 신소재는 침윤 방지를 위한 EVOH(에틸렌-비닐 알코올 공중합체)를 사용하는 다층 플라스틱 복합체로 만든 탱크에 비해 비용 대비 효과가 뛰어난 대안을 제공해줍니다. 후자의 경우, 복합체의 층을 구성하는 일이 기술적으로 어려울 뿐만 아니라 상대적으로 비용이 많이 듭니다.

강판 또는 알루미늄과 비교했을 때, 폴리아미드6는 복잡한 치수제한 속에서도 더욱 자유로운 형태로 탱크를 만들어낼 수 있다는 이점을 갖습니다. 장착용 고정장치 또한 직접 통합할 수 있어 조립이 더욱 간편해집니다. 강판과는 달리 성형, 펀칭, 용접 등이 필요치 않기 때문에 비용 절감에도 도움이 됩니다.

 바이오연료에도 OK

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또 한가지 중요한 점은 이 신소재가 21세기의 가장 시급한 문제 중 하나, 즉 재생가능 자원으로부터 만들어진 연료를 사용하여 화석연료 의존도를 줄이는 일에도 적합한 소재라는 사실입니다.

랑세스는 새로운 폴리아미드6를 개발함에 있어 현재 사용되는 바이오연료의 에탄올 농도에도 사용이 적합하도록 많은 노력을 기울여 왔습니다. 초기 연구 결과 에탄올 함량이 최대 85%에 달하는 가솔린에도 사용이 가능한 것으로 나타났습니다. 마이크 슐트는 “새로운 폴리아미드 탱크를 E85 연료에도 사용할 수 있을 것으로 기대하고 있다”며 이를 재차 강조했습니다.

특히 알루미늄과는 달리 가소제나 열가소성 강화소재가 사용되지 않는 Durethan Z BC550 DUSXBL은 에탄올 기반의 바이오연료에도 영향을 받지 않는다는 장점을 갖습니다. 에탄올은 물을 끌어당기는 성질이 있는데, 이로 인해 내부 표면에 보호용 코팅이 되어 있지 않은 알루미늄 탱크는 부식에 취약점을 드러냅니다. 이러한 부식으로 인해 생기는 입자들은 엔진이나 보조 부품에 손상을 입힐 수 있습니다.

뿐만 아니라, 이 신소재는 선박용 연료탱크 제작에 널리 사용되고 있는 듀로플라스틱 합성수지를 대체할 수 있는 훌륭한 대안이 됩니다. 듀로플라스틱과는 달리 랑세스의 신소재는 에탄올에 용해되지 않습니다. 따라서 Durethan BC 550 Z DUSXBL은 침전물이 연료밸브에 쌓여 엔진에 손상을 가하는 문제를 발생시키지 않습니다.