▲ PAN계 탄소섬유 복합재료(성형 가공품) 세계 시장 (출처 : 후지경제).

탄소섬유복합재료가 자동차, 항공기 등에 적용이 확대되며 관련 시장이 급속 성장할 전망이다.

후지경제는 ‘탄소섬유복합재료(CFRP/CFRTP)관련 기술·용도 시장 전망 2017’ 보고서를 통해 2030년 PAN계 탄소섬유복합재료시장 4조9,058억엔을 달성하며 2015년 대비 4배의 성장할 것으로 전망했다.

탄소섬유에 열경화성 수지를 함침시켜 성형 가공 한 탄소섬유복합재료(CFRP)의 성형 가공품과 매트릭스 수지에 열가소성 수지를 사용한 탄소섬유복합재료(CFRTP)의 성형 가공품들은 자동차와 항공산업등 다양한 산업 환경에서 응용되고 있다.

2016년 CFRP 시장은 1조3,029억엔으로 2030년 4조 4,864억엔으로의 성장이 기대된다. 현재는 탄소섬유복합재료 시장에서 CFRP가 수량 기준으로 80%이상, 금액 기준으로는 90% 이상을 차지하고 있다. 2016년 CFRTP 시장은 434억엔으로 2030년에는 4,193억엔으로 성장이 기대된다.

CFRP의 용도는 현재 항공기와 풍력 터빈 블레이드 등의 산업 분야와 자동차가 중심이다. 단가가 높은 고사양 제품이 사용되는 항공기 용도가 금액 기준으로는 40% 이상을 차지하고 있으며, 향후 항공기가 시장 확대를 견인하지만 자동차나 수소 탱크, 건축·토목 용도도 증가 할 것으로 보인다.

CFRTP의 용도는 현상 짧게 커팅된 탄소 섬유가 접동 부품 및 정전 부품에 사용되는 비율이 높다. CFRP에 비해 탄소 섬유 함량이 낮고 강도와 강성등은 떨어지지만 생산성과 재활용성이 뛰어나다.

■2030년 車용도…CERTP 수량기준 CFRP상회

자동차용도로 CFRP는 2016년 955억엔의 시장을 형성할 것으로 예상되며 2030년에는 3,952억엔으로 2015년대비 4.3배의 성장이 기대된다. CFRTP는 2016년 37억엔의 시장을 형성해 2030년에는 3,508억엔으로 116.9배의 성장이 기대된다.

CFRTP가 2030년경 CFRP와 비슷한 시장으로 성장하는 것은 향후 연속 섬유 성형에서도 단시간 성형 기술이 개발돼 CFRTP의 가격이 떨어질 것으로 예측되고 있기 때문이다. 이에 2025년부터 2030년까지 자동차의 양산 차종에서도 CFRTP 채용이 확대 될 전망이다.

또한 경량 고강도화의 요구가 높은 골격 구조 부품(케빈 필러)에서 CFRP의 채용이 진행되고 있지만 2025년경부터 CFRTP의 연속 섬유의 채용이 본격화 돼 2030년에는 골격 구조 부품에서 차지하는 CFRTP의 비율이 수량 기준으로는 CFRP를 상회 할 전망이다.

외판·외장 부품은 프리미엄 자동차를 중심으로 한 채용이기 때문에 현재의 수요는 제한적이지만 향후 외판의 내판 보강이나 백도어 프레임 등으로 단/장섬유를 중심으로 수요가 늘어날 거승로 예측됐다.

■항공기용도 고내열성, 기계적성질로 CFRP 지속 우세

항공기용도에서 CFRP는 2016년 5,780억엔의 시장을 구성하고 2030년에는 2조733억엔의 시장을 형성해 2015년대비 4.1배의 성장을 거둘 것으로 보인다. CFRTP는 55억엔에서 173억엔으로 성장, 3.5배의 성장을 기록할 전망이다.

현재 민간 항공기용 구조재의 채용이 시장의 60%를 차지하고 있지만 항공기제조업체와 탄소섬유메이커들의 지속적인 기술개발 진전에 따라 2020년 이후 현재 기계보다 CFRP/CFRTP의 사용량을 증가시킨 차세대 기의 투입이 예상돼 시장 확대에 기여할 것으로 보인다.

CFRP는 항공기의 기본 구조재료, 이차 구조재료, 내장재를 비롯해 헬리콥터, 군사 장비 등 폭넓게 채용되고 있다. 항공기 용도로는 자동차 용도 정도의 양산 성이 요구되지 않는 것으로부터, 가공성보다 품질을 중시 한 재료 선정하는 것이 일반적이기 때문에 앞으로도 CFRP가 크게 늘어날 것으로 보인다.

CFRTP 라미네이트 제품 개발에 따른 기계적 성질의 향상으로 엔진 등의 내열 부품 및 소형 차 구조재 부품에 채용이 시작돼 있지만, CFRP는 대응할 수 없는 높은 수준의 내열성과 기계적 성질 이 요구되는 부위에 사용에 한정되는 것으로 보인다.

■2030년 PAN계 탄소섬유시장 2030년 5,756억엔

한편 전체 탄소섬유재료시장 성장에 따른 관련부품·장비 시장의 성장도 기대되고 있다.

PAN계 탄소섬유시장은 2016년 1,753억엔에서 2030년 5,756억엔으로 2015년 대비 3.4배의 성장을 거둘 것으로 보인다. 현재는 항공기, 풍력터빈 블레이드 용으로 사용되는 경우가 많고 CFRP 전용이 90%이상을 차지하고 있다.

2020년경까지는 CFRP 비율이 더욱 증가 할 것으로 보이지만 2025년 이후는 CFRTP의 수요가 증가에 따라 2030년 수량 기준으로 CFRTP용의 비율이 23%로 상승 할 것으로 예측된다.

매트릭스 수지는 2016년 409억엔에서 2030년 1,349억엔으로 2015년대비 3.6배 성장이 예상된다.

탄소섬유에 수지를 함침시킨 프리프레그와 펠렛/라미네이트는 2016년 4,377억엔에서 2030년 1조9,137억엔으로 2015년 대비 4.8배의 성장이 예상된다.

현재 항공기와 스포츠 장비 용도 등에서 CFRP(프리프레그 가공품)의 수요가 크기 때문에 CFRP 비율이 높다. 앞으로 자동차에 CFRTP(연속섬유 가공품)의 수요가 증가하는 CFRTP용의 비율이 증가 수량 기준으로는 40%를 넘어 설 것으로 보인다.

자동 적층 장치, CFRP/CFRTP용 성형가공장치, 2차 가공장치(워터제트드릴엔드밀)는 2016년 694억엔으로 2030년 1,947억엔으로 2015년 대비 3배 성장이 기대된다.

현재 각 장치에서 CFRP용도 장비의 비중이 크다. 성형가공장치는 항공기나 자동차전용으로 많이 채용되는 오토클레이브 또는 HP-RTM 장치 등 대형 장치의 채용이 많다.

CFRTP용도 장치는 CFRP용도에 비해 시장 규모는 작지만, 2020년 이후는 CFRTP의 연속 섬유 제품의 성형 가공용으로 사용되는 LFT-D 장치와 프레스 채용이 늘어날 것으로 전망됐다.