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탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 첨단제조기술과 평가기법

전문가 제언: ○ 최근의 지구온난화, 천연자원 고갈 등의 문제로 인해 청정에너지 및 신재생 에너지에 대한 필요성이 대두됨에 따라 신소재인 탄소섬유에 대한 인식도 크게 변하고 있다. 1972년에 최초로 시장에 출시된 탄소섬유는 비싼 생산가격으로 인해 우주 항공기술이나 스포츠 분야에서만 사용되는 특수 소재로 인식돼 왔으나 최근에 지구환경보호를 위한 친환경 핵심 소재로 부상하고 있다.

○ 탄소섬유는 풍력 발전기의 블레이드, 압력용기, 자동차 및 비행기의 연비 향상을 위한 경량화 소재, 심해 에너지원 개발 등에 폭넓게 활용되고 있다. 탄소섬유가 갖고 있는 특유의 고강도, 고탄성, 전자파 차폐 등의 특성에 의해 제품 외장재, 로봇 및 의료 산업 등의 다양한 분야에도 적용되고 있으며, 자동차와 신재생에너지 산업 분야에서도 활용 가능성을 인정받고 있다.

○ 자동차용으로는 1979년에 Ford자동차가 세계 최초로 LTD 세단에 CFRP를 적용하였으며, 그 후 GM, BMW, 도요타자동차, 닛산자동차가 채용하였지만, 주로 고비용과 가공 상의 문제 때문에 본격적인 적용에는 이르지 못하였다. 2013년에 BMW가 CFRP를 차체 구조부에 채용한 전기자동차인 i3를 제품화하여 차체 중량의 경감에 요구도가 높은 전기자동차를 중심으로 CFRP의 본격적인 적용이 활발해지고 있다.

○ CFRP의 대량보급을 위해서 해결되어야 할 과제는 CFRP 성형품의 높은 가격이다. PAN계 탄소섬유의 재료 가격은 표준 탄성품이 30불/kg, CFRP 성형품은 50불/kg으로 고장력강판과 비교해서 재료는 약 38배, 성형품은 약 50~100배에 달하고 있다. 앞으로 CFRP성형품의 목표 가격은 알루미늄 합금 판의 가격수준인 8불/kg 선으로 조정되어야 한다.

○ 높은 가격과 가공 상의 기술적 난제에 의한 업계의 부담에도 불구하고 탄소섬유는 다양한 산업분야에서 고도의 기술이 필요한 첨단소재로 세계 탄소섬유 시장을 주도하고 있는 일본, 미국, 독일 등 소수업체에서만 생산기술을 보유하고 있는 실정이지만, 최근 국내에서도 생산을 위한 시설 투자가 이루어지고 있어, 관련기술의 개발이 시급한 실정이다.

저자: Masahiro Arai
자료유형: 학술정보