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고성능 섬유시장 키우는 전문가들의 조언
탄소가격 낮추고 성형시간 줄이는 방안 강구해야
기사입력: 2018/09/08 [21:03]  최종편집: TIN 뉴스
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사용량 늘수록 폐기물량도 과다 발생…재생 방안 강구

자동차 경량소재에서 건축물 복합소재로 범용 확대

 

▲ (좌)일본 교토공에섬유대학 야마자키 요시카즈 강사 / 독일 복합전문재료연구소(IVW) Rober Lahr 박사     © TIN뉴스

지난 6일 코엑스 컨퍼런스룸 308호에서 열린 ‘탄소섬유강화복합재료(CFRP, CFRTP) 기술동향 및 용도전개’ 세미나 현장. 한국화학섬유협회(회장 김국진) 주관으로 열린 세미나에는 세계 탄소섬유 등 고성능 섬유를 주도하는 일본과 독일의 전문가가 주제발표자로 나서 세계 고성능섬유시장의 동향과 미래 전망을 제시했다.

 

독일 최대의 복합전문재료연구소인 Institute for Composite Materials(IVW) Robert Lahr 박사는 ‘독일의 탄소섬유 복합재료 기술동향 및 전망’이라는 주제발표에서 “탄소섬유복합소재를 사용하는 이유는 단순히 경량화에 국한된 것이 아니다. 자동차산업의 경우 신소재를 적용하면 생산성을 높이고 공정순환 시간을 줄일 수 있기 때문이다”라고 강조했다.

 

또한 “이와 관련한 지속적인 시뮬레이션을 통해 효율성을 더욱 높일 있으며, 실제 20~25% 에너지 절감효과를 거두며 친환경 에너지산업에도 적용 범위가 확대되고 있다”고 덧붙였다.

 

탄소섬유복합소재 생산능력은 미국과 멕시코, 일본 순으로 크며, 한국도 늘어나고 있는 추세다.

세계 탄소섬유 수요는 2010년부터 2022년까지 2010년 3만3000톤에서 2022년 11만7000원으로 연평균 9~11% 성장률을 보일 것으로 전망된다. 

 

2017년 9월 기준, 세계 생산캐파는 총 136만5000톤으로 이 중 북미(미국+멕시코)와 유럽, 일본이 각각 36%, 20%, 19%를 차지하고 있다. 또한 북미와 유럽은 최대 생산국인 동시에 최대 수요국이기도 하다. 세계 수요량은 63만5000톤 중 북미와 유럽이 각각 33%, 27%를 차지하고 있다. 아시아 지역의 생산캐파 규모는 일본에 이어 중국(10%), 대만(6%), 한국(6%), 인도(2%) 순이다.

 

Robert Lahr 박사는 “세계 탄소섬유강화소재 수요량은 2010년 5만1000톤에서 2023년 19만4000톤으로 연평균 11.4~12.1% 성장할 것”이라고 전망했다.

 

탄소섬유복합재는 경량화와 현상복원력으로 인해 항공우주 분야(30%)에서 가장 수요가 많다. 다음이 자동차(22%), 풍력(13%), 스포츠·레저(12%)순이다. 앞으로는 건설(5%)분야에서도 탄소섬유가 많이 사용될 것으로 전망된다.

 

Robert Lahr 박사는 2020년 탄소섬유복합재 사용에 따라 폐기물도 약 2만1000톤에 달할 것으로 전망하며 이를 재활용할 수 있는 기술 개발도 병행되어야 한다고 주장했다. 아울러 신소재 섬유의 재활용 기술이 개발되고 있지만 이를 팔 수 있는 시장이 형성되어야 한다고 덧붙였다.

 

한편 일본 교토공예섬유대학 야마자키 요시카즈 강사(야마자키기술사무소 소장)는 ‘일본의 고성능섬유 전개(아라미드, 탄소섬유 및 복합재료)’라는 주제발표에서 “탄소섬유복합재료의 수요가 확대되고 있지만 여전히 높은 탄소가격과 성형시간, 수지복합의 리사이클 문제가 해결되어야 한다”고 지적하며 에폭시수지보다 나일론용 열가소성 수지를 이용하는 것이 대안으로 제시했다. 

 

고성능 섬유는 범용섬유를 뛰어넘는 성능을 갖춘 섬유다. 강도가 산업용 나일론이나 폴리에스터의 약 2배이거나 또는 내열성 및 난연성이 뛰어난 고내열성 섬유가 포함된다.

 

일본화학섬유협회에 따르면 일본계 기업의 고성능 섬유 점유율은 ▲폴리아리레이트섬유(100%) ▲PAN계 탄소섬유(68%) ▲파라계 아라미드섬유(47%) ▲UHMWPE섬유(33%) 순이다.

 

현재 고성능 섬유는 대표적인 자동차 분야에서 건설 분야로 확대되고 있다.

테이진은 목재자원과 고성능 섬유를 융합한 ‘목조건축용 집성재’ 개발에 착수했다. 탄소섬유를 사용한 집성재는 목조 중처층 건축물에 쓰이는 집성재에 강성이 높고 박형화한 복합재를 접착시킨 것으로 목재보다 2배 이상의 굴곡강도를 구현한다. 또 건축재의 대들보로 사용할 경우 건축물의 내구성과 디자인성을 높일 수 있다.

 

또 ‘아라텍트’(ARATECT)는 파라계 아라미드섬유로 벽을 보강하는 목조 단독 주택용 내진개수공법이다. 아라미드섬유에 FRP를 함침 시킨 두께 약 1㎜의 시트로, 이 시트를 전용 수나사와 워셔로 기둥에 고정하기 때문에 벽을 훼손하지 않고 보강이 가능해 내진개수비용을 절반이상 줄일 수 있다.

 

이외에도 파라계 아라미드섬유에 대한 염색기술도 개발됐다. 염료가 섬유 안에 머물 수 있도록 섬유 표면에 분자급 기공을 형성하는 특수 가공법과 염료를 섬유에 넣어 고정하는 기술이다. 동 기술로 필라멘트 치즈염색도 가능하다. 대표적으로 케블라CG다.

 

도요보의 UHMWPE섬유인 ‘IZANAS’는 포장용 필름으로 사용되는 폴리에틸렌과 동일한 성분이다. 특수제법으로 고강도를 실현하면서 비중은 1이하로 가볍다. 충격흡수성이 뛰어나고 마모에 강하며, 내후성․내약품성이 탁월하다. 오토바이 헬멧, 산업용 헬멧, 내절창성 안전장갑 등에 사용되고 있다.

 

최근에는 일본의 야구장 안전망으로 사용되고 있다. 청량감이 뛰어난 원단인 ‘ICEMAX’와 여타 범용 소재보다 4배 이상의 열전도율을 가진 IZANAS를 조합해 여타 범용소재보다 2배 이상의 접촉 냉감을 지니고 있다. 또 얇은 두께로도 편직이 가능해 기존 야구장 안전망보다 관람객의 시야를 넓게 확보할 수 있다. 요즘에는 여름용 침구류에서 활용되고 있다.

 

김성준 기자 tinnews@tinnews.co.kr

 

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