Update2025.05.11 (일)
일본의 산학연이 탄소섬유 제조 기초공정인 내염화 처리부터 탄화, 마무리 표면처리 까지 전공정 신기술 개발로 기존의 공정에서 생산에너지와 CO2 배출량은 반감시키고, 생산성은 10배 늘리게 되었다고 밝혔다.
NEDO(일본신에너지·산업기술종합개발기구)는 지난14일 홈페이지를 통해 도쿄대학과 NEDO,일본산업기술총합연구소, 도레이, 테이진, 토호테낙스, 미쓰비시와 함께 저비용으로 대량의 탄소섬유를 제조할 수 있는 기술을 개발했다며 향후 양산화를 목표로 복합재료용 고성능다기능 탄소섬유 창출에 힘을 내게 될 것이라 밝혔다.
현재 일본의 PAN계 탄소섬유 3개사가 세계시장의 65%를 생산하며 항공기·자동차·환경·에너지·토목건축등 다양한 분야의 적용이 확대되고 있지만 향후 탄소섬유의 본격적인 도입을 위한 탄소섬유의 생산성 확대와 제조에 필요한 에너지소비, 이산화 탄소 배출 감축이 필요했다.
이에 NEDO는 자동차 무게의 절반을 목표로 소재·접합 기술 개발인 미래 개척 프로젝트 ‘핵신적인 신구조 재료 연구개발’에서 도쿄 대학이 중심으로 NEDO와 일본산업기술총합연구소와 도레이, 테이진, 토호테낙스, 미쓰비시가 참가했다.
연구진은 △폴리아크릴로니트릴(PAN)섬유를 내염화 공정이 필요 없는 신규전구체 화합물을 개발, △마이크로파 탄소화 기술, △플라즈마 표면 처리 기술 개발로 저비용으로 고성능 탄소 섬유를 고효율로 생산하는 에너지 절약 제조 공정의 기반 기술을 확립했다.
연구진은 종래와 같은 장시간의 내염화 공정이 필요하지 않은 신규 전구체들로 기존 탄소섬유에 필적하는 우수한 특성의 탄소섬유를 얻었다고 밝혔다.
연구진은 의류용으로 사용되는 저렴한 PAN을 원료로 용해 촉진제와 산화제를 첨가해 내염화반응을 액중에서 실시해 만드는 ‘용매 가용성 내염 폴리머’로 내염성을 가지며 용매에 용해해 방사가 가능하고 시판 PAN계 탄소섬유를 넘보는 성능을 가진다.
해당 전구체로 만든 탄소섬유는 좋은 방사성과 내염성을 가지는 신규 전구체 섬유의 제조조건을 확립하고 공업제품에 비해 우수한 성능 (인장 탄성률 240GPa , 신도 1.5 % )를 가진다.
또한 연구진은 ‘용매 가용성 방향족 고분자’도 개발중이다. 이 폴리머는 기존 의 PAN 계 전구체 섬유 에 비해 탄소 수율 이 높고 직경 이 굵은 탄소 섬유 가 용이하게 제조 할 수 있는 특징을 가진다.
또한 연구진은 마이크로파 탄소화 기술개발도 성공했다. 종전에는 PAN계 내염섬유다발을 탄소화 할 때 장시간 가열이 필요했지만 연구진은 탄소화 과정의 섬유 물질에 적합한 마이크로파 웨이브 에너지를 조사해 탄소화 시간과 에너지를 단축시켰다.
또한 기존의 공정보다 단순화 시킨 플라즈마표면처리 기술 개발에도 성공했다. 기존의 공정보다 단순화 되어 50%의 에너지 절감이 가능하다.
연구진은 이 신기술의 양산 프로세스 공업화를 목표로 복합재료용 섬유로의 고기능이면서 다기능을 가지는 탄소섬유의 창출을 목표로 진행할 것이라고 밝혔다.
한편, 이번 성과는 27일부터 29일 도쿄 빅사이트에서 개최되는 ‘nano tech 2016 제15회 국제 나노 테크놀로지 종합전·기술 회의’의 NEDO 부스에서 전시할 예정이다.
