단독 탄소섬유복합재, 우주항공산업에서 가치 찾는다

[산업일보]
경량화 소재 중 가장 활발한 연구대상으로 꼽히고 있는 탄소섬유가 양적인 면에서는 산업분야가, 질적인 면에서는 우주항공 분야가 각각 성장을 이끌 것이라는 분석이 제기됐다.

비즈오션 주최로 17일 개최된 ‘2016 경량화 소재/부품 최신기술 동향과 상용화 전망 및 비즈니스 전략’이라는 세미나의 발제자로 참여한 탄소융합기술원 안계혁 본부장은 ‘탄소섬유복합재(이하 CFRP) 개발현황’이라는 주제로 강의를 진행했다.

“유기섬유 전구체를 가열해 얻은 탄소 함유율이 90% 이상인 섬유를 탄소섬유라고 한다”라고 전제한 안 본부장은 “CFRP는 중량은 철의 1/4이지만 비강도는 철의 10배, 탄성은 철의 7배 정도이며 내부식성, 전도성, 내열성 등 2차 특성도 우수하다. 특히 철의 대체제로 알루미늄 마그네슘 등의 소재와 결합하면 초경량 고강도의 최적의 소재가 될 수 있다”CFRP의 장점을 소개했다.

CFRP의 장점으로 안 본부장은 높은 비강도 및 비강성도와 가벼움, 우수한 피로특성, 높은 진동감쇠 및 진동흡수 특성, 낮은 열팽창 및 치수안정 특성, 낮은 제조단가, 재단설계 등을 들었다. 특히 낮은 제조단가의 경우 기계가공이 적고 2중 곡면형상이라는 특성이 있는데다가 재료손실이 적고 부품수도 적어 조립시간을 단축시키는 효과가 있다.

그러나 높은 재료비와 충격에 민감하다는 점. 비파괴 측정비용이 높고 손상해석의 난해함, 환경보호 및 많은 재료 특성치 필요, 복잡한 해석, 층간분리 현상, 재료의 비선형 특성 등은 해결이 필요한 과제라고 안 본부장은 언급했다.

안 본부장은 “향후 CFRP 분야는 양적인 면에서는 산업 분야가, 질적인 면에서는 우주항공분야가 성장을 이끌어가는 반면 스포츠 분야는 정체가 이어질 것”이라고 예상한 뒤, “현재, 풍력이나 상용항공기 분야의 탄소섬유 요구량이 가장 높다”고 밝혔다.

한편, 자동차에 CFRP를 적용할 경우 자동차의 중량과 배출되는 이산화탄소의 양을 절감할 수 있다. “자동차의 무게를 30% 줄이면 연비가 18% 향상되고 자동차의 중량을 30%줄이면 산소배출량을 1천700만 톤 줄일 수 있다”고 안 본부장은 말했다.