바스프,기아 이브 3 스터디 카용 원형 해체 시트 개발

자동차 내장재 부품은 기존 시트가 서로 호환되지 않는 폴리머, 폼(foam), 금속을 복잡한 다중 소재 구조물로 영구 결합하기 때문에 재활용 소재 회수 단계에서 지속적인 난제를 안겨주고 있습니다. 자동차 데이터 생태계 및 지속 가능한 제조 공정 내에서 이러한 운영상의 과제를 해결하려면, 기계적 강도나 탑승자의 안락함을 저해하지 않으면서도 수명 종료(End-of-life) 시점에 효율적인 소재 분리가 가능하도록 내장 부품을 설계·엔지니어링해야 합니다.

내장재 시스템의 분체 설계(Design for Disassembly) 엔지니어링 과제
자동차 시트는 엄격한 충돌 안전성, 내구성, 인체공학적 기준을 충족해야 하는 복잡한 기계 시스템입니다. 기존 시트 제조 방식은 강철 프레임워크, 몰딩 성형된 폴리우레탄 쿠션, 접착제, 복합재 커버를 결합합니다. 이처럼 이종(異種) 소재들이 접착, 클립 결합, 기계적 체결 등으로 영구 고정되어 있어, 차량 수명이 다했을 때 이를 분해하려면 막대한 수작업 인력이 소요될 뿐만 아니라 종종 소재 간 교차 오염을 유발하여 다운사이클링(downcycling)되거나 매립지로 직행하게 만듭니다.

디지털 공급망 내에서 '해체 고려 설계(Design-for-Disassembly)' 원칙을 구현하려면 엔지니어는 재활용을 생산 후 사후 관리 단계로 취급하는 대신, 초기 CAD 및 부품 모델링 단계에서부터 폴리머, 폼, 구조 백킹(backing) 간의 구조적 인터페이스를 면밀히 평가해야 합니다.

스터디 카 2.0(Study Car 2.0)의 아키텍처 및 소재 선정
완성차 제조업체인 현대자동차·기아, 엔지니어링 서비스 기업 알텐 코리아(Alten Korea), 화학 기업 바스프(BASF)가 공동 개발한 이 콘셉트 시트는 특수 폴리머 포뮬레이션을 적용하여 해체 및 선별 공정을 대폭 단순화했습니다. 알텐 코리아는 구조적 강성, 생산 조립 공정 사이클 타임, 그리고 자동화 또는 신속한 수작업 분해 경로 간의 균형을 맞출 수 있도록 시트 아키텍처를 엔지니어링했습니다.

이 시트 아키텍처는 기능별 레이어에 걸쳐 다음과 같이 폴리머 계열을 구성했습니다.

헤드레스트: 바이오 기반 원료가 일부 적용된 엘라스토란(Elastollan) 열가소성 폴리우레탄(TPU)을 사용해 성형되었습니다. 컴텍케미칼의 특허 기술인 휘슬링(Whistling) 초임계 발포 공법을 적용해 기존 화학 발포제 없이도 쿠션 물성을 구현했습니다.

쿠셔닝 및 등받이: 소비 후 폐기물(PCR) 유래 재활용 원료를 배합한 엘라스토플렉스 W(Elastoflex W) 연질 폴리우레탄 폼으로 몰딩 성형되어 동적 하중 지지력을 그대로 유지합니다.

시트 커버(Upholstery): 바이오 순환 원료를 포함하는 합텍스(Haptex) 폴리우레탄 인조 가죽으로 제작되어, 습식 가공 시 발생하는 유기 용제를 배제하는 동시에 내구성 높은 표면 접촉감을 제공합니다.

구조용 백 커버 및 프레임: 소비 후 폐기물 기반 재활용 원료가 함유된 울트라미드 CR RC4(Ultramid CR RC4) 폴리아미드(PA)를 적용했습니다. 이 폴리아미드의 구조적 물성 덕분에 기존 스탬핑 금속 시트백 프레임을 리어 커버에 직접 일체화된 사출 성형 폴리머 구조로 대체할 수 있었습니다.

시스템 통합 및 해체 전략
다분할 스틸 백킹을 구조용 울트라미드 폴리아미드로 대체하고, 폼과 트림 전반에 걸쳐 표면 폴리우레탄 물성을 정렬함으로써 혼합 소재의 종류 자체를 줄였습니다. 이러한 소재 일원화는 파쇄 또는 해체 공정 중 발생하는 교차 오염을 최소화합니다.

"스터디 카 2.0은 설계가 완료된 후가 아니라 차량 및 부품 개발 초기 단계에서 수명 종료(End-of-life) 요소를 검토할 수 있는 실질적인 환경을 제공합니다."라고 현대차그룹 이종국 상무는 말했습니다. "이번 시트 프로젝트는 복잡한 내장재 시스템 내에서 소재 선정, 조립 방식, 미래 해체 요구조건이 서로 어떻게 상호작용하는지 평가하는 데 큰 도움이 됩니다."

알텐 코리아 김광현 상무는 "시트는 매우 긴밀하게 통합된 시스템이기 때문에 구성 부품의 분리 방식을 변경하면 구조, 조립성, 외관에도 즉각적인 영향을 미칩니다. 따라서 우리는 시트를 하나의 완전한 시스템으로 접근하여 구조 강도, 조립성, 분해 요건을 단일 통합 설계 내에서 균형 있게 조율했습니다."라고 밝혔습니다.

바스프 아시아태평양 퍼포먼스 소재 사업부 앤디 포스틀스웨이트(Andy Postlethwaite) 총괄 사장은 "자동차 시트는 단일 시스템 안에서 서로 다른 소재군이 조화롭게 작동해야 합니다. 이번 공동 개발을 통해 PA, PU, TPU 소재 간의 인터페이스는 물론, 소재 결정이 부품 구조화와 차량 폐차 시 분리성에 미치는 영향을 종합적으로 살펴볼 수 있었습니다."라고 덧붙였습니다.

개발 배경
스터디 카 2.0은 2010년 현대 아이플로우(i-flow) 콘셉트, 2016년 고성능 콘셉트카 현대 RN30, 2024년 1차 기아 EV3 스터디 카 등 현대차그룹과 바스프 간에 지속되어 온 콘셉트 차량 소재 협력 프로그램을 기반으로 합니다. 이번 프로젝트는 양산 지향형 차량 아키텍처 상에서 해체 파라미터를 검증하기 위해 양산형 기아 EV3 플랫폼을 기반으로 활용했습니다.

추가 배경 정보
본 섹션은 원본 제품 발표 자료에는 포함되지 않은 세부 기술 사양 및 경쟁 벤치마킹 분석을 다룹니다.

차량 시트 분야에서 '해체 고려 설계'의 도입이 가속화되는 배경에는 신차 내 소비 후 재활용(PCR) 플라스틱 최소 사용량 의무화 및 엄격한 소재 회수 쿼터를 규정한 유럽연합(EU)의 폐차처리지침(ELV) 개정안이 자리잡고 있습니다. 기존 차량 시트는 대략 40~60kg의 중량을 차지하지만, 실제 폐차 시 플라스틱 소재가 폐루프(closed-loop) 자동차 공급망으로 회수되는 비율은 통상 10% 미만에 불과합니다.

자동차 업계 전반의 유사 엔지니어링 사례로는 포비아(Forvia), 애디언트(Adient) 등 1차 부품사(Tier 1)들이 테스트 중인 단일 소재(Mono-material) 시트 콘셉트가 있습니다. 이러한 구조물은 순수한 단일 소재 재활용 스트림을 확보하기 위해 커버, 폼, 프레임 전반에 걸쳐 100% 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 설계를 주로 채택합니다. 반면 현대차·기아, 알텐 코리아, 바스프의 플랫폼은 고탄성 폴리우레탄 화학 조성과 엔지니어링 폴리아미드를 유지하면서, 단일 폴리머 패밀리에 의존하는 대신 깨끗하게 분리 가능한 소재 간 인터페이스를 구축하는 방식을 취합니다. 이러한 모듈형 멀티 폴리머 전략은 표준 FMVSS 및 ECE 충돌 시험 하중 하에서 구조적 강성 기준을 충족하는 동시에, 기존 완성차(OEM) 제조사가 요구하는 승차감 및 진동 감쇠 스펙을 온전히 유지할 수 있다는 강점을 지닙니다.

에브게니 릴로프가 편집했고,인듀포털스 미디어는 인공지능이 제작했습니다.

www.basf.com