서언필자는 본 기술지인[가공기술]에 [첨단복합재료의 기

초와실제]라는제목으로, 2004년 9월에서 2006년 2월

까지 14회에 걸쳐 탄소섬유와 탄소섬유 복합재료

(CFRP)의 기술적 기초와 용도전개에 대해 설명하였다.

본 논고에서는최근의동향에따른탄소섬유, 항공기용

도와 스포츠용도에 대해 설명하였다. 산업용도에 관해

서는다음회에기술하도록할것이다.

1. 탄소섬유의확대

탄소섬유의 세계소요는 2003년 시점에서는 약

19,200톤/년정도였으나, 그후 2007년에는 30,900톤/

년까지확대되었다. 2008~2009년에는2008년가을에

리먼쇼크에의한불황의영향을받아, 일시적인감축이

있었다하더라도현재그수요의급격한회복이보여지

고 있고 2010년에는 2007년 수준의 수요가 이루어져,

금후에는 항공기 용도의 산업의 성장이 증가함에 따라

연15%전후의신장이기대되어지고있다(그림1).

2007년까지수요의증대에기인하여, 관련회사들도

설비증설을 진행하였다. 그러나 리먼쇼크에 의한 수요

의하락에대응하기위해신설설비의가동을연기하여

왔지만, 현재본격적인가동에들어갔다. 그림 2에는각

메이커가 발표한 PAN계 탄소섬유의 생산능력과 세계

생산능력을나타내었다.

주목할만한점은CF의수요확대에반증하듯, 중국과

터키등에서새로운메이커들이생산을시작했다는것이

다. 올해들어와서터키의 ASKA사와중국의中複 鷹

炭素纖維有限 任公司, 中國石

油吉林石化公司도생산을개시

하였다. 중국에서는 그 외에도

哈爾浜天順化工科技術開發有

限公司와 威海拓展纖維有限公

司등많은기업등이개발, 시

험제작을 진행하고 있다. 인도

에서도 Kemrock Industries

& Export社가 2010년 5월에

생산(생산능력 400톤/연)을 실

시하였다.

기타동향

기타동향 ┃탄소섬유복합재료의용도전개관점으로본최근국내외동향

탄소섬유복합재료의용도전개관점으로본최근국내외동향

⑴탄소섬유와항공기용도및스포츠용도의동향

[그림 1] 탄소섬유의수요추이(미츠비시레이온추정)

또한, ZOLTEC社와 SGL-G社 등의 40K이상의 대규모의

토우 CF 메이커가풍력발전용풍자와압력탱크, 심지어향후

의자동차부품등의산업용도의확대를목표로하고있다. 금

후에도신규메이커의참여와각기업들의새로운설비증설은

계속될것이라예측된다.

우선, 향후에 주목할 수 있는 소재로는 카본나노파이버

(CNT)가있다. CNT의역학특성과CNT와수지의계면접착성

에주목하여, 컴포지트의기계특성의향상을겨냥한많은연구

개발이진행되고있다. 골프샤프트와라켓, 풍력발전용풍차,

선박용컴포지트의응용예를보는것이가능하다. SWCNT(단

층카본나노튜브), MWCNT(다층카본나노튜브)가국내외의많

은기업들에의해생산되어지고있다. 대표적인특성을가지고

있는타소재와의비교를표1에나타내었다. 또한CNT와나노

충전물을PAN계탄소섬유용원사(전구체)를이용해, CF의강

도·강성률을향상시키는연구가진행되고있다.

[표 1] CNT와타소재와의특성비교

※주 : (-)는압축특성을나타냄.

2. 항공기용도의활용

⑴AIRBUS社에서의용도전개

2006년에 처녀비행에 성공한

AIRBUS社의 총 2차례 건조한 초대

형항공기A380은2007년 10월에싱

가포르 에어라인에서 상용운행을 시

작하였다. A380은 신규로 주 날개,

중앙날개, 바닥재, 후방동체 등에

CFRP의 사용량이합계 35톤에달한

다. 글라스사용등도포함한컴포지트의구조부재료로써사

용비율은22%에달한다.

AIRBUS社는보잉社의B787에대응한기종인신중형항공

기A350XWB의개발을진행하고있다. 최종설계는2011년에

결정되고 2013년에납품이예정되어지고있다. A350XWB에

는 동체, 주 날개에도 신규 CFRP를 사용하고 구조 부재료로

써의사용비율이53% 정도사용된다고한다.

⑵보잉社의용도전개

주날개, 동체, 중앙날개등에도인성을개선한에폭시수지

프리프레그를 사용하고, 구조 부자재의 50%를 컴포지트화한

보잉社의중형항공기[Dream Liner] B787은2007년8월7일

에공개되었다. 그후2009년12월처녀비행에성공하였고, 현

재 6대의 비행기를 이용한 각종 비행 테스트가 진행되어지고

있다. 전일본항공에의상용제1호의납품은2011년 1사분기쯤

이다.

⑶소형제트기의개발

승객 100인 이하의 소형항공기 개발, 차츰 실행되고 있다.

기존에 소형 제트기를 생산하고 있는 브라질의 Embraia社,

캐나다의Bombardia社등뿐만아니라, 일본, 러시아, 중국에

서도 신규생산을 눈앞에 두고 있다. 모두 CFRP를 대폭 사용

하여, 연료효율의향상과환경개선을겨냥하고있다. 미츠비시

중공업/미츠비시항공이 개발하고 있는 MRJ는 2012년 초 비

행·2014년 취항을 눈앞에 두고 있다(그림3). MRJ는 YS-11

DYETEC VISION

[그림 2] PAN계탄소섬유의생산능력(일본내생산업체Press release 인용등)

이후 처음으로 국산 항공기의 개발이어서 국가적인 프로젝트

로진행되고있다, MRJ에는당초주날개, 꼬리날개등에많

은 CFRP를사용할계획으로, JAXA(일본우주항공개발기구)

는주날개의개발을, 또한미츠비시중공업은수직날개의개

발을 진행하였다. 그러나 생산비용적인 측면에서 탑승인원의

차이가나는기종을동일한형태로제작하는것이되어버렸기

때문에주날개는금속으로설계변경하게되었다.

⑷비즈니스제트기의개발

소수인원용비즈니스제트항공기에는구조부재료를전면

적으로 CFRP화하여 개발이 진행되고 있다. 혼다의 Honda

Jet는동체에CFRP의적층경화판넬구조와허니컴샌드위치

구조를조합한새로운복합재료일체성형구조양식을개발하

여, 경량이면서내부용적을확대한동체구조를실현하였다.

2012년 내에 판매개시 예정에 있다. Bombardia Learjet

85는 구조부재료를전부컴포지트화하는계획에있고, 2013

년판매가시작될예정에있다(그림4).

⑸신규성형방법의개발

연료효율의향상과환경성능개선점에있어, 항공기용도에

서는경량화를위해CFRP의사용부위확대가한층더진행될

것이라사료된다. 그러나성형비용의절감이가장큰과제가

되고있다.

적층을 자동적으로 진행하는 ALP(Auto Lay up)과

FPL(Fiber Pressment)가대부분사용되어져오고있다. 다수

의 형상 부재료가 조합된 대형부품소재를 일체형 성형기술로

한번에성형하는기술개발도진행되고있다. 심지어성형시간

단축의관점에서, 기존의오토클레브성형에서신규단시간성

형기술의 개발이 진행되어지고 있다. VaRTM(진공을 이용한

RTM)성형이특히주목받고있다. MRJ의주날개와꼬리날개

에대해서도검토되고있다. A350XWB의원형동체화대형수

송기A40의도어를원형재및평면재부분을일체화성형하는

등의개발도진행되고있다.

금속제원형동체프레임상에서CF 테이프를휘감아서블

레이드를형성하는것으로동체를제작하는방식의검토도진

행되고있다. 또한경화방법이라해도, 전자선과적외선가열

을이용한방법의검토도진행되고있다.

성형시간의 대폭감소와 리사이클이라는 장점 때문에 열가

소성수지를사용한CFRP (CFRTP)의개발도앞으로추진될

것이라고사료된다. 이미, 유리섬유를사용하면서열가소성수

지 PPS와의조합으로A340, 심지어 A380의주날개전단부

[Wing leading edge (J-nose)]에적용되고있다.

유리섬유/PEI와 CF/PEI로 Fokker100전투기등의플로어

판넬의 검토가 진행되고 있다. 또한 비즈니스 제트기

Gulfstream G650의수직꼬리날개에CF/PPS를사용하는것

에대한검토가진행되고있다. 우선군용기에서는CF/PEEK

와CF/PI 등이사용된사례가있다.

3. 스포츠용도의활용

최근 스포츠 용도에서는 CF와 타 소재의 복합화가 중요한

아이템이다. 골프클럽에서는골프에드아래쪽을티탄합금을,

상부를 CFRP를사용하여보다에드의저중심화를구현하고

비거리상승을추구하는상품도출시되고있다. 또한, CF의개

섬기술에의한초경량직물의골프클럽과라켓에의사용, 골프

기타동향 ┃탄소섬유복합재료의용도전개관점으로본최근국내외동향

[그림 4] Bombardia Learjet 85 사진

[그림 3] 미츠비시항공MRJ 사진

샤프트의경우CF 테이프로4축직포적용도눈여겨볼수있

다(그림 5). 게다가 골프 샤프트와 라켓류에 플레린을 혼련한

프리프레그로강도를증가시키고, 또한최근에는컵스텍(Cup

Stack)형 CNT로강성강화와부드러움을특징으로하는소재

도개발이진행되어지고있다.

스포츠용품중고급자전거부품의 CFRP화도한층진행되고

있다. 예전부터프레임, 차바퀴테와포크등에의응용이계속진

행되어최근에는크랭크에도사용되어지기시작했다(그림6).

출처 : 가공기술(Vol.45, No.11) 제공 : 손현식

DYETEC VISION

[그림 5] CF를사용한4축직포프리프레그의예(제공 : 닛세이(주)) [그림 6] CFRP로제작한자전거크랭크의예(CAMPAGNOLO 제공)

읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다읽읽어어둡둡시시다다세탁기안쪽의묵은때제거하기물을가득채우고식초를한컵붓고휘저으세요. 세탁기안쪽이더러워지면물을가득채우고식초를한컵붓고휘저으면웬만한때는물에녹습니다. 이래도안될경우에는스펀지에주방용세제를묻혀닦아내세요. 바깥쪽의때도지우고싶을때는세탁조에물을가득넣고주방세제를잘섞어하룻밤놓아둡니다. 다음날 10분~20분세탁기를돌려서세제액을씻어내고물만가득채워다시세탁기를헹궈주세요.

변기의묵은때제거하기수세미에치약을발라닦으세요.변기에묵은때가끼어있을땐수제미에치약을발라닦으면예전의흰색을다시찾을수있다. 치약은흰색냉장고가바랬을경우에도많이이용하는데거즈에묻혀닦으면묵은때가벗겨진다.

창틀에페인트칠할때페인트칠하기전유리창에비누를묻혀둔다. 창틀에 페인트를칠하고나서유리에묻은페인트를벗겨낼때애를먹죠? 배보다배꼽이더큰격이되는수가많습니다. 페이트를칠하기전에미리물기있는비누를유리에대고문질러두면페인트가묻어도물걸레로닦아내면말끔해진다. 아니면젖은신문지를유리에붙이고칠을한뒤떼어내는방법도있다.