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우주선 만드는 탄소섬유로 자동차 무게 400㎏ 줄인다

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도레이가 일본 NTT와 함께 개발한 신소재 의류 ‘히토에’. 착용한 사람의 심박수와 심전도를 측정한다.

일본의 섬유회사 데이진은 ‘입는 화장품’이라 불리는 피부 보호용 섬유를 개발 중이다. 말산(malic acid)을 함유한 화합물(폴리에스테르 폴리머)로 만든 섬유가 피부를 낮은 산성으로 유지해 미생물의 번식을 막고, 대신 피부에 이로운 화학 혼합물을 뿜어낸다.

 일본 도레이는 심박수 등 신체 정보를 모니터할 수 있는 ‘히토에’란 이름의 내의를 개발하고 정부 허가를 기다리고 있다. 국내 벤처기업인 벤텍스는 물에 닿자마자 순식간에 마르는 섬유 ‘드라이존’을 개발했다.

 
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영국의 의류업체 큐트서킷이 선보인 스마트 의류. 3200개의 발광다이오드(LED) 램프가 달렸다.

 주요 선진국을 중심으로 고부가 섬유 개발 전쟁이 불을 뿜고 있다. 세계 섬유산업 성장률은 연 3% 정도에 그친다. 게다가 세계 합성섬유의 70%(3926만t)를 중국이 생산한다. 하지만 탄소섬유·아라미드 등 고부가 섬유는 연간 두 자릿수 성장을 하고 있는 데다 아직 중국이 따라오기엔 기술 격차가 있다.

 한국의 섬유업체들도 고부가 섬유 개발에 박차를 가하며 ‘섬유 왕국’의 영광을 되찾기 위해 고군분투하고 있다.

 지난 13일 경북 구미의 코오롱인더스트리 중앙기술원. 이곳에선 세계 최초로 새로운 소재를 사용한 아라미드 섬유를 개발했다. 특히 이번에 개발한 아리미드 섬유는 친환경적이란 게 장점이다.
 
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효성이 자체 개발한 탄소섬유 ‘탄섬’을 적용한 현대차의 콘셉트카 ‘인트라도’의 모습. 차체 뼈대와 루프 등에 사용됐다. [사진 효성]


지금까지 아라미드는 원료를 황산에 녹여 실로 뽑아내야만 했다. 이 과정에서 유독물질이 배출될 수밖에 없었다. 하지만 신 원료 아라미드는 친환경 용매에도 녹일 수 있는 세계 유일한 아라미드다.

 아라미드는 강력하고 열에 강한 특성을 지닌 수퍼 섬유다. 워낙 강력해 아라미드로 만든 등산화 끈을 밧줄 대용으로 사용할 수 있을 정도다. 또 기술원에선 수혈 때 크기가 큰 백혈구를 걸러 적혈구만 몸 안에 들어오도록 해 주는 섬유의 일종인 혈액필터도 국산화했다.

 
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코오롱인더스트리 경북 구미 중앙기술원에서 연구원들이 세계 최초로 개발한 ‘신원료 파라 아라미드 섬유’를 살펴보고 있다. [구미=공정식 프리랜서]

코오롱인더스트리 중앙기술원의 김진일 그룹장(수석연구원)은 “혈액필터의 영업이익률은 20~30%에 달한다. 섬유는 절대 사양산업이 아니다”고 강조했다.

 미국·일본·독일 등지의 섬유 관련 기업들이 주력하는 고부가 섬유는 ▶탄소섬유·아라미드 등이 포함된 수퍼 섬유 ▶혈액필터와 같은 차별화 부직포 ▶섬유강화복합재 ▶IT 기술과 결합한 스마트 섬유 등 4분야로 요약된다. ‘꿈의 신소재’라 불리는 탄소섬유는 강철보다 10배 강하면서 무게는 4분의 1에 불과하다. 게다가 녹이 슬지 않고 열이나 약품에도 강하다.

 
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코오롱인더스트리 아라미드 브랜드인 ‘헤라크론’으로 만든 방탄복. 얇으면서도 가볍다. [사진 코오롱]

이 때문에 ‘가볍고 튼튼한 소재’를 찾는 비행기·선박·자동차·우주선은 물론 골프채나 낚싯대에까지 쓰이고 있다. 탄소섬유 세계 1위는 일본의 도레이다. 2014년 보잉과 10년간 약 10조원대의 항공기 사상 최대 공급 계약을 체결했다.

 이제 탄소섬유는 자동차로 그 쓰임새가 빠르게 확대되고 있다. 자동차에 탄소섬유강화복합재(CFRP)를 사용하면 자동차 무게가 400㎏ 정도 줄어든다.

중형차(약 1400㎏)를 기준으로 무게가 30% 줄어드는 셈이다. 가벼우면서도 강한 충격 에너지를 흡수해 안정성이 높아지고 공정 비용이나 시간도 단축된다.

전 세계의 탄소섬유 수요는 연평균 약 15% 늘어 2020년이면 현재의 2.5배인 14만t이 될 전망이다. 세계 탄소섬유 시장의 65~70%를 점유한 일본의 도레이·데이진·미쓰비시레이온은 최근 가열 과정을 생략해 탄소섬유 생산성을 10배 이상 높인 신제조 기술을 개발했다.

일본 기업들의 경쟁력이 더욱 높아질 전망이다. 국내에서는 효성이 2011년 자체 기술로 탄소섬유 개발에 성공해 현재 전북 전주에 연간 2000t 규모의 공장을 갖추고 있다.

▶관련기사
①강철 6배 ‘아라미드 섬유’ 한국 기술 독립
②부산의 봉제, 대구의 섬유…스마트 섬유로 함께 엮어라
③“탄소섬유 강도, 이제야 10분의 1 구현…생체정보 읽는 나노 섬유도 전망 밝아”


 효성 관계자는 “우리가 세계 1위를 하고 있는 스판덱스의 연구원이 20명인데 탄소섬유 연구원은 80명이 넘는다”며 “탄소와 스판, 아라미드와 스판 등 앞으로 섬유 간 융합에 대비하고 있는 것”이라고 설명했다.

 고기능성 섬유에 속하는 차별화 부직포의 경우 미국과 유럽·일본에 이어 우리가 세계 4위의 기술력을 가지고 있다. 고강도 부직포의 경우 건물 벽, 도로 표면, 자동차 내부 등 들어가지 않는 곳이 없을 정도로 다양하게 쓰인다.

이소아 기자·강민경 인턴기자
lsa@joongang.co.kr
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