▲ 비즈오션이 11월26일 SETEC 국제회의장에서 ‘경량화 소재 및 기술 워크샵’을 열고 탄소기반 경량화 소재에 대한 최신 기술과 전망에 대해 논의하는 장을 마련했다..

현재, 글로벌 자동차 메이커 및 소재기업들이 자동차 경량화를 통한 경쟁력 강화를 위해 활발히 협력관계를 형성하고 있는 것으로 드러났다.

산업기술 세미나 및 오픈이노베이션 기반 사업화 전문기업인 비즈오션이 지난 26일 SETEC국제회의장에서 ‘경량화 소재 및 기술 워크샵’을 열고 탄소기반 경량화 소재에 대한 최신 기술과 전망에 대해 논의하는 장을 마련했다.

현재 全 산업분야에서 에너지 절감 및 친환경 이슈가 대두되고 있는 가운데 글로벌 소재시장은 경량화 기술 확보에 역량을 집중하고 있다.

차량 무게를 10% 감량할 때, 약 5%의 연비 향상이 가능하기 때문에 BMW를 비롯해 글로벌 자동차 선두업체들은 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 등 금속보다 가볍고 강도가 우수한 소재의 적용범위를 빠르게 확대하고 있으며, 이러한 시장 확대에 따라 국내외 소재기업들은 R&D 및 생산설비 투자를 활발히 진행하고 있다.

이에 이러한 경량소재에 대한 최신 기술 및 동향을 알아보고 산·학·연 관계자들이 자유롭게 의견을 교환하는 자리가 된 이번 세미나는 의미있는 시간이 됐다.

이날 ‘자동차 경량화의 필요성 및 탄소기반 경량 소재의 개발 동향’을 주제로 발표에 나선 자동차부품연구원 윤여성 연구원은 대표적으로 현재 차량에 적용이 확대되고 있는 대표적 경량소재로 CFRP를 꼽으며, “CFRP는 공정시간이 길고 비용이 비싼 것이 흠이지만, 경량성·고내구성·고강도·우수한 열전기적 특성으로 인해 경량소재 시장에서 매우 유망한 소재”라고 소개했다.

자동차용 CFRP 시장규모는 2020년 27억달러에 이를 것으로 예측되며, 자동차 ‘외관-내부-파워트레인’ 순으로 그 적용이 빠르게 확대되고 있다.

윤여성 연구원은 “현재 자동차 소재시장에서는 그간 한 종류의 소재를 사용해 제작돼온 차체 개발 트렌드를 벗어나 여러 경량소재들을 혼용하는 'Multi-Material Mix 기술‘이 미래 경량차체 기술로 인식되고 있다”며, “향후 이러한 기술에는 접합·소재성형·차체설계·차체제작 기술 등이 주요 경쟁요인이 될 것”이라고 밝혔다.

경량소재에 대해서는, 유리섬유 밀도가 2.4(g/㎖), 탄소섬유가 1.7, 알루미늄 2.8, 금속 7.8인 상황에서 가장 많이 복합재료로 쓰이고 있는 유리섬유가 2.4(g/㎖)인데 반해 탄소섬유가 1.7정도로 경량화에 더 유리하며, 이외 아라미드섬유가 고내열성 등 많은 장점이 있지만 고가라 적용에 한계가 있다고 설명했다.

이러한 맥락에서 유리섬유 대비 가볍고 아라미드섬유 보다 싼 탄소섬유가 경량소재 시장에서 부각되는 것은 당연하지만 아직은 경제성 확보가 미흡하다는 의견이 지배적이다.

그에 따르면, 현재 자동차 메이커들은 경제성 확보를 위해 기존에 제공받는 소재의 물성보다 낮은 수준의 물성을 원하며 낮아진 물성만큼의 제품가 인하를 요구하고 있다.

예컨대, 일본계 소재기업 도레이가 공급하고 있는 탄소섬유의 인장강도가 3.53GPa·탄성률이 230GPa 라면, 현재 자동차 업계는 자동차 적용을 위해 각각 1.73GPa·172GPa 정도 물성수준의 소재를 원하고 있다.

▲ 자동차부품연구원 윤여성 연구원이 ‘자동차 경량화의 필요성 및 탄소기반 경량 소재의 개발 동향’을 주제로 발표하고 있다. .

■ 완성차·소재기업은, 열애 中

자동차부품연구원 윤여성 연구원에 따르면, 현재 자동차업계와 소재기업들은 조인트 벤처를 설립해 활발한 공동연구를 진행 중이다.

일본계 소재기업 테이진은 PP·PA 등을 기반으로 한 제품화를 본격화했고 新 CFRP 압축성형기술개발을 통해 성형공정 시간을 1분 이내로 줄이는데 성공했다. 이러한 테이진은 현재 GM과 함께 자사의 기술을 바탕으로 CFRTP(탄소섬유강화열가소성수지)를 대량 생산해 차에 적용하는데 집중하고 있다.

BMW와 SGL는 2011년 조인트 벤처를 설립해 미국에 1,500톤 규모의 탄소섬유 생산공장을 지었고 2013년 1,500톤 규모의 생산설비를 증설했다. SGL의 경우 미쓰비시 레이온으로부터 PAN계 프리커스에 대한 강력한 공급체계를 확보한 상태다.

도레이와 다임러는 RTM 성형기술 개선을 바탕으로 사이클 타임을 줄이기 위해 노력 중이다. 도레이는 탄소섬유를 공급하고 다임러는 부품설계와 본딩기술을 개발해 차체중량을 10%까지 줄인다는 목표이다.

이외에 아우디와 Voith는 CFRP 대량화를 위해 파트너십을 맺고 있다.

윤 연구원은 “현재 자동차 업계가 공정시간 단축과 대량생산을 통한 탄소섬유복합재의 경제성 확보를 위해 소재·부품社와 협업(Co-work)하는 트렌드를 형성하고 있다”며, “그 이유는 CFRP를 만드는 과정에 프리커스(전구체), 옥시데이션, 표면처리 등 자동차에 실질적으로 적용하기까지 복잡한 과정이 존재하기 때문에 단일 기업이 이 모든 것을 감당하기에는 효율성이 매우 떨어지기 때문”이라고 밝혔다.

또 그는 향후 탄소섬유의 차 적용이 확대됨에 따라 ‘섬유-금속’ 등 이종간 ‘접합기술’ 개발의 필요성이 증대되고 있다고 덧붙였다.