[뉴스비전e 박준상 기자]  최근 자동차 업계에선 경량화가 화두로 떠오르고 있다. 차량 중량을 낮춰 연료소비와 이산화탄소 배출을 줄여야 하는 당면과제 때문이다.

이러한 경량화에 핵심소재가 바로 탄소섬유 강화플라스틱이다. 하지만 가격이 너무 비싸서 탄소섬유 강화플라스틱만으론 자동차를 제작할 수 없기 때문에, 완성차 메이커들은 초경량 금속을 함께 사용하는 투트랙 전략을 쓰고 있다.

아울러 기존 탄소섬유 강화플라스틱보다 더욱 성능이 우수하고 대량생산이 가능한 기술 개발도 한창 진행되고 있다.

시장조사기관들은 전세계 시장 규모가 5년 안에 6백억 달러에 달할 것으로 전망하고 있는 가운데 미국과 EU 등은 탄소섬유 강화플라스틱 성능 향상을 위해 R&D에 박차를 가하고 있다.

차세대 복합소재인 탄소섬유 강화플라스틱에 대해 살펴본다. [편집자 주]

[①자동차에 이어 항공우주 등 첨단산업 전방위 적용]

탄소섬유 강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)는 흑연 섬유로 만든 기재에 에폭시 수지나 불소 수지 등을 적층 · 가압한 것을 가열해 만든 소재를 일컫는 말이다.

CFRP는 알루미늄보다 가볍고, 쇠보다 강해 다양한 산업 분야에 적용되고 있다.

과거엔 가격문제로 인해 항공우주 분야에 주료 사용됐지만, 지구온난화와 함께 이산화탄소 배출 문제가 국제적 관심사로 부각되면서 자동차용으로 급속하게 적용되고 있다.

완성차 메이커 입장에선 이산화탄소 배출을 줄이기 위해선 어떻게라도 차량 무게를 줄이는 경량화가 절실했기 때문이다.

하지만 가격이 문제다. 현재 CFRP로만 자동차를 생산할 경우 대당 가격이 수억원이 된다. 따라서 완성차 업체들은 알루미늄과 초경량 스틸 등을 병행해 제작하는 방안을 모색하고 있다.

또한 자동차용 CFRP의 경우 항공 우주용 보다는 상대적으로 낮은 기계적 강도로 적용이 가능하기 때문에 이에 알맞는 소재 개발과 대량생산을 위한 연구개발이 진행되고 있다.

특히 최근엔 탄소섬유와 고분자 수지의 결합체인 CFRP 복합재료 제품 성능을 향상시키기 위한 R&D가 한창이다.

현재 탄소섬유는 기능과 특성이 향상된 제품이 출시되고 있지만, 물성이 우수한 탄소섬유 고유의 특성을 백퍼센트 활용하지 못하고 있다.

CFRP 복합재료 제품을 구성하고 있는 두 가지 재료인 수지와 강화재로 사용되는 탄소섬유 중간재의 성능 향상과 두 재료의 물리적인 결합력 향상이 중요한 이슈이다.

CFRP 중간재는 프리프레그, 탄소섬유 직물 등 프리폼을 구성하기 위한 제품으로, 복합재료 부품의 물리적인 특성을 지배하는 중요 인자이다.

최근 CFRP 중간재 생산시스템은 다축직물 및 3차원 직물 제직 등의 프리폼의 생산성 향상을 위한 기술과 결합력 향상을 위한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.

EU, 미국, 일본이 리드하고 있는 CFRP 세계시장에서 우리나라는 약 2%를 차지하고 있으며 중간재 시장도 지속적으로 성장하고 있지만, 국내산업의 잠재수요에 비해 기술 수준과 생산시스템 기반이 크게 미흡한 실정이다.

한국섬유기계융합연구원은 "우리나라의 CFRP 기술수준은 선진국 대비 상당히 뒤떨어져 있으며 특히 프리폼을 구성하는 중간재를 생산하기 위한 생산시스템의 경우 10년 이상 갭이 벌어진 상태"라고 분석했다.

이어 "선진 기술 분야로 진입하기 위해선 다축 직물 생산시스템, 3차원 제직 시스템과 시뮬레이터, 탄소섬유 표면처리 시스템 등에 대한 연구 개발이 시급한 상황"이라고 덧붙였다.