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Nikkei X-TECH_2024.1.26

도레이, 초고분자량 PE의 필름 제조기술 개발
스테인리스 수준의 강도로

도레이는 압출 성형에 의한 2축 연신(延伸) 프로세스로 초고분자량의 폴리에틸렌(UHMWPE)을 필름화 하는 제조 기술을 “세계 최초로 개발했다”(도레이). 이 새로운 기술로 만든 필름의 당김 강도는 1,200 MPa로, 스테인리스강의 당김 강도에 필적한다.

열전도율 또한 18 W/(m·K)로 높아, 스테인리스강만큼 열이 통과되기 쉽다. 전자 디바이스의 방열 재료나, UHMWPE 고유의 성질인 내약품성과 내한성(사용 하한 온도), 절연성(절연 파괴 전압)등의 특징을 활용한 보호 재료로써의 용도를 전망하고 있다.

UHMWPE는 범용 폴리에틸렌의 약 10배의 분자량을 가지고 있으며, 강도가 높기 때문에 고강도 섬유의 원료로 사용되고 있다. 한편, 많은 분자량으로 인해 분자착(分子錯)의 얽힘이 강하기 때문에 성형 가공성이 낮아 필름화가 어려웠다.

이 때문에 기존에는 UHMWPE 원료를 원통형으로 압축 성형한 것을 얇게 깎아 내어 필름 형태로 성형했다. 그러나, 이 방법으로 만든 필름은 UHMWPE 분자가 서로 엉킨 상태로 존재하기 때문에, 분자 사슬 방향으로 발현하는 높은 당김 강도를 활용할 수 없다. 필름의 두께도 50㎛ 정도가 한계였다.

기술의 상세한 내용은 밝히지 않고 있지만, 도레이는 독자적인 압출 성형 및 2축 연신 기술을 이용한 UHMWPE의 필름화에 성공. 분자 사슬의 방향을 일정하게 함으로써(배향함으로써), 기존 방법으로 만든 필름에 비해 당김 강도와 열전도율이 대략 10배로 높아졌다고 한다.

공업용 플라스틱 필름으로서 일반적인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름과 비교해도 2배 이상의 당김 강도를 가지며, 필름 두께도 약 1~20㎛로 제어가 가능하다.

도레이는 이미 UHMWPE 필름의 샘플 제공을 개시. 2026년에 양산을 개시해 2030년에 연간 20억 엔의 매출을 목표로 하고 있다. 가격은 비공개이지만, “불소계 필름과 같거나 낮은 가격으로 할 수 있을 것이다”(도레이)라고 한다. 2024년 1월 31일~2월 2일까지 도쿄빅사이트(도쿄)에서 개최되는 ‘nano tech 2024 제23회 국제 나노 테크놀로지 종합전’에 참가해 UHMWPE 필름을 전시할 예정이다.

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