신화를 창조한다-(7)섬유 첨단 현장을 찾아서-국산 탄소섬유를 개발하라

#탄소섬유의 위력.

최근 영국, 독일, 스페인, 이탈리아 4개 국가는 지금까지 전투기 중 가장 성능이 우수한 것으로 평가받는 '유로파이터'를 공동 개발해 전세계적 주목을 받고 있다.

최대속도 마하 2.0. 대당가격은 8천만유로(1천80억원)에 이른다.

탄소섬유가 없었다면 유로파이터의 탄생은 불가능했다.

유로파이터의 기체 중량은 단 1만kg. 기체를 둘러싸고 있는 외부 소재의 85%가 탄소섬유복합재료다.

이 복합재료는 철보다 5분의 1이상 가볍지만 그 강도는 10배 이상이다.

괴력의 드라이버 샷으로 세계 골프계를 평정한 타이거우즈의 골프채에도 탄소섬유가 숨어있다.

골프채의 헤드나 샤프트에 쓰이는 탄소섬유는 드라이버의 비거리를 향상시키는 효과가 탁월하다.

샤프트의 무게는 보통 50~60g 정도지만 탄소섬유나 탄소섬유복합재료로 만든 300만원대 '명품' 골프채는 40g을 조금 웃도는 수준. 가벼운 데다 자동차, 비행기 등에 쓰일 정도로 강도와 탄성이 뛰어나 비거리와 방향성 모두를 향상시킬 수 있는 것이다.

탄소섬유는 테니스라켓, 스키, 낚싯대, 윈드보드 등 스포츠.레저용에서부터 출발해 반도체산업의 전자파(EMI)대응소재, 고온단열재, 우주선 및 항공기 등에 이르기까지 활용범위를 넓혀가고 있다.

산업자원부에 따르면 세계 탄소섬유 시장은 2002년 2천139t에서 2005년 3천253t으로 연간 15% 이상의 고성장을 거듭할 전망이다.

#꿈은 이루어진다.

경기 시화공단의 벤처업체, 나노테크닉스사(社)는 2001년 국내 최초로 '피치계 활성탄소섬유' 개발에 성공해 미국과 일본의 장벽을 넘지 못하고 탄소섬유개발을 등한시한 국내 대기업들에게 경종을 울렸다.

탄소섬유 제조 방법은 일반 의류용 섬유와는 차원이 다르다.

탄소섬유를 생산하려면 우선 '프리커서'라 불리는 특별한 원료가 필요하다.

프리커서는 페놀계, 아크릴계, 팬계(폴리아크릴로니트릴 섬유가 95%이상인 탄소화합물), 피치계(석유, 석탄 찌꺼기) 등으로 나뉘는데 실을 뽑아낼 수 있을 정도로 분자량을 제어해야 하고 탄소 함유율도 적당히 높아야 한다.

국내에서는 한화, SK 정도가 프리커서를 생산하고 있지만 선진국 수준에는 미치지 못해 나노테크닉스 경우 일본에서 피치계 프리커서를 수입하고 있다.

탄소섬유에 옴스트롱(천만분의 1m를 의미하며 나노(백만분의 1m)보다 더 작다)단위의 미세 기공을 만드는 피치계 활성탄소섬유는 유독가스 등에서 발생하는 초미세 분자 물질까지 흡수해 방독마스크, 공기정화기, 필터 등에 쓰인다.

액체상태의 피치 프리커서는 열에 녹아 구금 또는 노즐이라 불리는 구멍에서 섬유 형태로 변하는데, 나노테크닉스는 용용방사(열로 녹여서 실을 뽑아내는 방식)만 하는 경쟁사 제품과 달리 공기를 불어넣는 2차 공정까지 가미해 형태 안정성을 극대화했다.

피치계 활성탄소섬유 제조기법에 '용용분사형(Melt Blown)'방사를 도입한 기업은 전세계적으로 나노테크닉스가 유일하다.

방사 공정에서 실 모양으로 바뀐 탄소화합물은 안정화, 탄화, 활성화를 거쳐야 완전한 탄소섬유가 된다.

피치계 활성탄소섬유는 700~1500℃ 내외의 열처리를 통해 탄소 이외의 불순물을 제거하는데 고온에서도 실 형태를 유지하려면 저온에서 서서히 열을 가하는 안정화 공정이 필수. 곧이어 1000℃내외에서 90%이상의 탄소만 남겨두는 탄화과정을 거쳐야 하고, 특수 첨가제를 사용해 미세기공을 만드는 마지막 활성화공정이 더해진다.

나노테크닉스 이수현 담당 연구원은 "탄소섬유를 국가 전략소재로 육성하고 있는 주요 선진국들은 기술 이전을 극도로 꺼려해 모든 연구를 독자적으로 진행할 수밖에 없었다"며 "복잡한 제조공정 때문에 국내 대기업들마저 중도 포기하고 말았지만 그만한 어려움도 견뎌내지 못한다면 '꿈은 결코 이루어질 수 없다'"고 말했다.

이상준기자 all4you@imaeil.com

사진 : 철보다 5분의 1이상 가볍지만 그 강도는 10배 이사인 탄소섬유는 타이거 우즈의 골프채에서부터 자동차, 비행기, 우주왕복선까지 응용 범위가 무궁무진하다. 사진은 유로파이터.

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