[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]

[③ 하이브리드 섬유·프리폼 개발로 원가 인하 '집중' ]

탄소섬유강화플라스틱(이하/ CFRP) 기술은 50여년전 항공우주 및 국방산업에서 시작되어 스포츠레저, 기계부품, 토목, 풍력블레이드, 자동차와 IT기기 등으로 확산되고 있다.

미국과 EU는 CFRP 소재 · 부품의 구조물성 데이터베이스(Database), CFRP 소재 · 부품의 성능 평가법, 공정에서 인증까지의 일관성을 유지하는 밸리데이션(Validation) 기술, 공정 시뮬레이션, 설계 등 엔지니어링 기반을 바탕으로 타 산업용 CFRP부품 개발에 속도를 내고 있다.

일본은 최근 중거리 민항기 MRJ社의 개발 경험과 B787 및 A350XWB 개발 참여를 계기로 상당한 수준의 기술을 보유하고 있다.

선진국들은 탄소섬유, 하이브리드 섬유, 프리폼, 수지와 성형공법 등의 개발해 원가를 개선시키는데 집중하고 있다. 

컨설팅 전문업체 맥킨지(Mckinsey)의 조사에 따르면 CFRP 원가는 자동차 부품을 기준으로 최근 3년새 10% 저렴해 졌다.

탄소섬유는 러시아 'Alabuga Fiber'社의 신규참여, 기존기업들의 증설 및 생산성 향상에 따른 공급량 증가 등의 영향으로 3년전 대비 평균 거래 가격이 5달러 이상 낮아졌다.

미국과 EU는 제조원가를 kg당 11 달러 내외를 목표로 저가 탄소섬유개발을 진행하고 있으며, 저렴한 프리커서 개발 및 안정화 · 탄화공정에서 에너지 비용을 50% 절감할 수 있는 장비와 공법을 개발하고 있다.

또한 유리섬유, 프랙스(Flax), 고강력 PP섬유 등을 탄소섬유와 혼용해 CFRP의 원가를 줄이면서 내충격성을 향상시키는 기술을 연구하고 있다.

봄 바흐르(Vom Baur)를 비롯한 EU의 다양한 기업들은 도니어(Donier), 칼 미어(Kal Meyer) 등 직기업체들과 공동으로 탄소섬유, 아라미드섬유, 유리섬유 등을 3차원을 조직화한 '3D Net Shaped' 섬유를 개발하고 있다.

미국의 머티리얼스 이노베이션(Materials Innovation Technologies)은 항공기의 CFRP 폐기물을 재생한 습식(wet-laid) 공법으로 3D 준형상 프리폼을 개발하고 있다.

일본은 기존 자동차 부품제조에 쓰이는 찍어내는 방식, 이른바 스탬핑(Stamping) 작업을 통한 CFRP 성형 기술을 보급하고 있는데, 테이진(Teijin)은 열가소성 CFRP를 1분 이내에 연속 성형할 수 있는 '시레보(Sereebo)' 공법을, 미쓰비시 레이온(Mitsubishi Rayon)은 열경화성 프리프레그 또는 열경화성 프리프레그와 열가소성 SMC의 하이브리드 성형공법을 개발중이다.