他산업과의 융·복합으로 통해 무한변신하고 있는 ‘섬유 소재산업’

他산업과의 융·복합으로 통해 무한변신하고 있는 ‘섬유 소재산업’

녹색성장·신성장동력원으로 삼을 ‘탄소저감형 케톤계 프리미엄섬유’개발사업

<편집자 주>

섬유산업의 카테고리가 확장되고 있다.

건설·토목, 조선, 해양, 자동차 분야 등 가히 섬유소재가 접목되지 않은 분야가 없을 정도로 섬유산업은 ‘소재산업’으로의 변신을 달리하면서 그 영역을 무한대로 넓혀가고 있는 것이다.

섬유산업이 지속성장 가능한 산업으로 재도약의 발판을 마련키 위한 섬유업계의 노력 또한 그 어느 때 보다 전 방위로 활발하게 전개되고 있다.

섬유산업이 타 산업과의 융합·연계를 통해 산업 전 영역에 걸쳐 녹아들기 위한 몸부림.

의류용 섬유산업에 올-인 해왔다 해도 과언이 아닌 현실에서 타 산업과의 융합·연계 노력과 영역 확장의 시도가 자칫 일정부분 이질적 요소로 받아들여질 수도 있지만 ‘섬유산업의 글로벌 트렌드’를 반영할 경우 오히려 뒤늦은 감도 없지 않다.

이에 본지는 국내 섬유산업의 ‘버전-업’과 ‘영역확대’를 꾀하기 위해 추진되고 있는 산업용 섬유분야 및 소재개발분야 대상의 각종 연구·개발사업들을 소개하는 한편 섬유산업이 소재산업의 영역에서 어떻게 접목·시도되고 있는지 살펴보고자 ‘他산업과의 융·복합으로 통해 무한변신하고 있는 섬유소재산업’을 기획시리즈로 마련한다.

 

■ 세계 4대 소재 강국 타깃, 세계시장 선점 10대 핵심소재 (WPM) 사업 본격 추진

‘탄소저감형 케톤계 섬유’ 타이어코드, 자동차섬유, 전기전자분야 등 접목 무궁무진

한국타이어,넥센타이어,효성,삼성교역,한국염색기술연구소,한국생산기술연구원,충남대

대기업 3개, 중소기업 2개, 연구기관 2개, 대학 1개 등 총 7개 기관 컨소시엄 구성

 

 

지식경제부는 ‘세계 4대 소재 강국’ 진입의 초석이 될 ‘세계시장 선점 10대 핵심소재(WPM, World Premier Materials)’ 사업으로 ‘탄소저감형 케톤계 프리미엄 섬유’개발을 포함한 10개 핵심소재 기술개발을 최종 선정·발표했다.

‘WPM 사업’은 녹색성장과 신성장동력 창출을 위해 추진되는 사업으로 향후 핵심소재 신시장 창출 및 중소기업 육성과 고용창출 효과가 기대되고 있다.

특히 이번 선정된 10개 핵심소재개발 사업은 향후 2018년까지 1조원 규모의 정부 R&D 자금 지원과는 별도로 기업이 5.3조원의 사업화 투자를 통해, 3,200억 달러 규모의 신시장에서 325억달러를 창출할 것으로 정부는 내다보고 있다.

특히, 본 사업을 통해 100여개 중소․중견기업이 WPM 사업에 참여함으로써 중소기업 육성 및 고용창출에도 기여할 전망이다.

한편 10대 핵심사업 가운데 섬유소재분야로 선정된 ‘탄소저감형 케톤계 프리미엄섬유’개발 내용은 다음과 같다.

□ 폴리케톤섬유의 소재 및 기술적 정의

폴리케톤섬유는 탄소저감형 합성공정으로 제조된 카르보닐기와 탄화수소로 이루어진 폴리케톤 중합물을 주성분으로 하는 저가/고성능의 산업용 소재로 미래 산업소재가 요구하는 새로운 성능과 기능을 가지도록 고안된 섬유 및 수지다.

현재 타이어 코드 및 MRG용 복합소재로 사용되는 범용 섬유가 아닌 높은 기술의 차별성에 근거하며, 경쟁국에 대해 높은 기술적 장벽을 느끼게 할 수 있는 혁신적인 원천 소재 개발을 통해 거대 신시장을 창출할 수 있는 기술 분야라 할 수 있다.

특히 고강도, 고탄성률, 우수한 내화학성을 가지는 폴리케톤 섬유 소재를 이용해 타이어코드 제조 기술을 개발하고, 아라미드 섬유가 독점하고 있는 슈퍼섬유 시장을 대체하는 자동차용 및 산업용 복합재료 소재화 기술개발을 가능하게 한다.

타이어 관련 시장의 고성능화에 맞춰 보강 섬유소재의 아라미드와 같은 소재들의 고성능화는 의심할 수 없는 현실이다.

기존의 고성능화 범용 한계 소재로는 Rayon이 나일론, 폴리에스테르와는 차별화된 타이어코드 소재로써 대부분 적용되고 있으며, Rayon 타이어코드는 내열성 측면에서 요구되는 물리적 특성은 우수하지만 수분에 따른 물성 특성의 취하가 심해 공정상의 로스가 상당 수준 발생되고 있어 그 취급이나, 경제성에서의 단점을 노출하고 있다.

이에 따라 타이어 업체에서도 Rayon 및 기존 타이어 대체 소재로써의 타이어 코드를 기대하고 있다.

MRG(Mechanical Rubber Goods)라 함은 내부를 섬유로 보강한 고무 제품으로서 Hose, Tire를 포함하여 기계적 용도로 쓰인다.

MRG는 Hose류, Conveyor Belt, Transmission Belt가 있으며 MRG 보강재로 쓰이는 섬유에 요구되는 특성은 필수적으로 높은 인장강도와 장기간 사용되므로 높은 Modulus, 그 밖에 치수안정성, 내열성, 다양한 고무와의 접착력 등이 필요로 함으로 기존 소재 대체 및 신섬유를 개발하기 위함이다.

방탄, 방검 소재 또한 현재 시장에 나와 있는 제품은 고가의 아라미드나 고분자량 폴리에틸렌 소재로 사용되고 있어, 고가의 아라미드나 고분자량 폴리에틸렌 소재를 대체할 수 있는 신소재가 개발 된다면 고부가가치의 시장이 될 것으로 예상된다.

□ 폴리케톤섬유 기술개발 목표

탄소저감형 합성공정을 통해 카르보닐기와 탄소사슬이 결합된 폴리케톤 화합물을 주성분으로 하는 고부가가치 산업용 소재의 원천기술 및 복합소재 기술 개발이 목표다.

 

 

 

 

 

 

 

 

▸ 폴리케톤 섬유 소재 제조 기술 개발

- 섬유용 폴리케톤 소재 제조 기술 개발(폴리케톤 섬유 및 제품 소재 제조 기술 개발)

- 폴리케톤 섬유 소재 제조 기술 개발(강도 20g/d, 탄성률 400g/d 폴리케톤 Super섬유 개발)

▸ 폴리케톤 섬유의 복합소재 제조기술 개발

· 타이어 코드 복합 소재 : 강력 38kgf(1500d/2), 고무 접착력 : 18kg 이상

· MRG용 복합 소재 : 압력 80kgf/㎠

· 보호용 복합소재 : 내절단성 4급 이상

▸ 폴리케톤 섬유를 이용하여 보호 및 기타 용도의 섬유 복합소재 개발

- 폴리케톤 섬유의 특성에 맞춘 사가공 공정 기술 확립

- 폴리케톤 섬유의 특성에 맞춘 제직 공정 기술 확립

- 폴리케톤 섬유의 특성에 맞춘 후가공 공정 기술 확립

․Awning 및 marine용(보트커버), 군수용 소재

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[그림] 개발 기술적용분야

□ 기술개발 추진방법․전략

폴리케톤 섬유 복합소재 개발을 추진을 위해 주관기관 (주)거성산업자재를 중심으로 (주)한국타이어, (주)넥센타이어, (주)효성, 삼성교역(주), 한국염색기술연구소, 한국생산기술연구원, 충남대학교가 컨소시엄 구성돼 공동 개발을 추진한다.

대기업 3개, 중소기업 2개, 연구기관 2개, 대학 1개 등 총 7개 기관이 컨소시엄 구성해 명확한 업무분장을 통한 협력 관계 정립과 상호간 정보교류 및 원활한 사업 수행을 위한 공동연계개발 MOU를 체결한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

타이어 코드 개발 분야는 (주)한국타이어, (주)넥센타이어, (주)효성에서 공동 연구 개발을 담당하며, 폴리케톤 원사 소재를 사용해 타이어 코드를 제조하는 연사, 열처리 기술부터 타이어의 전공정에 대한 안정적인 제조 기술에 이르기까지 연구개발을 수행한다.

MRG소재 및 산업용 섬유 소재 개발 분야는 (주)거성산업자재, 삼성교역(주), 한국염색기술연구소에서 공동 연구 개발을 담당하며, 폴리케톤 원사 소재를 사용해 용도별 맞춤 사가공, 제직, 후가공 기술 확립 등 전공정에 대한 안정적인 제조 기술에 이르기까지 연구개발을 체계적으로 수행한다.

또한, 한국생산기술연구원과 충남대학교에서 신뢰성 평가 및 물성 분석 등 폴리케톤 소재에 대한 체계적인 DB화를 통해 다양한 산업용 소재로의 용도 전개를 진행하며, 최종 수요기업에서 요구하는 물성을 충족시키기 위한 다운-업 방식의 시스템을 채용한다.

□ 단계별 기술개발 전략

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[그림] 폴리케톤 섬유 복합소재 단계별 기술개발 전략

□ 파급효과

폴리케톤섬유 복합소재가 개발완료될 경우 기존 원료산업의 효율성 증대는 물론 고성능섬유제품의 품질 및 가격경쟁력 향상이 기대된다.

석유화학 기초제품인 에틸렌 및 화학, 제철산업 등에서 부산물로 생성되는 일산화탄소 가스를 중합 원료로 활용, 기존 원료 산업의 효율성을 증대시킬 수 있으며, 새로운 고강도, 고탄성율 Super 섬유 소재로 고접착성 및 내화학성을 가져 타이어 코드, MRG, 보효용 등 섬유소재 응용제품의 품질 및 가격경쟁력 향상에 기여할 것으로 보인다.

자동차 산업의 경쟁력 향상(연비증대, 녹색성장)에도 기여할 전망이다.

특히 주력산업인 자동차분야에서 기존 섬유소재가 갖지 못한 고강도, 높은 고무접착성 및 케톤 수지가 가지는 우수한 내화학, 가스차단성 및 균형잡힌 기계적 물성 등을 통해 내/외장재, 연료계통 적용으로 경량화를 통한 연비향상과 이산화 탄소 발생 저감으로 녹색성장의 발판이 마련될 것으로 판단된다.

이러한 파급효과는 소재산업 측면에서 접근할 경우 폴리케톤 섬유는 고난이도, 고부가가치 제조공정으로 만들어지는 첨단섬유사업으로 국내 섬유산업에서 수익성을 상실하고 사업축소가 이루어지는 의류용 섬유를 대체하여 고부가가치 산업용 섬유 중심으로 전환하는데 중심이 될 소재라는 점이다.

또 폴리케톤 섬유는 기존 소재 대비 우수한 강도 및 고무접착력과 가격경쟁력으로 고무보강 섬유 복합재료로 우수한 경쟁력을 갖는 신소재라 할 수 있다.

한편 수요산업 측면에서는 섬유 복합 소재 관련 산업의 고부가가치화, 경쟁력 강화를 기대할 수 있다.

폴리케톤 섬유는 초고강도 및 초고탄성률을 가지고 있는 슈퍼섬유로서, 그 용도는 자동차분야, 정보통신 분야, 토목건축 분야, 스포츠 분야 등 다양하게 전개될 수 있다.

기존의 수퍼 섬유(p-Aramid)보다 우수한 가격경쟁력을 가져 국내 여러 산업분야에 안정적이고 우수한 가격 경쟁력을 가진 원사를 공급함으로써 경제적․산업적으로 파급효과가 상당할 전망이며, 국내 섬유산업을 하이테크산업으로 변화시키는데 일익을 담당할 것으로 기대되고 있다.

녹색성장, 탄소저감 공정 또한 빼놓을 수 없다.

원료인 일산화탄소는 공정 부산물로 얻어지므로 기존 화학, 제철산업 등에서 발생하는 부산물을 원료로 재활용함으로 기존 산업의 효율성을 높여 경쟁력을 강화시킬 수 있으며, 환경오염을 막아 녹색성장을 이끌어낼 수 있다.

또한 기존소재보다 비교우위인 내충격성, 내화학성, 가스배리어성을 통한 내외장재, 연료계통 적용으로 연비향상 및 이산화탄소 발생저감으로 녹색성장에 기여할 수 있을 전망이며, 특히 자동차 산업 등 수요산업 전반의 경쟁력 향상이 기대되고 있다.

낮은 가격의 원료(올레핀, 일산화탄소)를 사용함으로 높은 가격경쟁력을 가져 폴리케톤 소재를 사용하는 업계 전반에 경쟁력을 높임과 동시에 새로운 신성장동력원으로 작용할 것이란 분석이다.

 

[그림] 폴리케톤 섬유 복합소재 단계별 기술개발 전략

□ 파급효과

폴리케톤섬유 복합소재가 개발완료될 경우 기존 원료산업의 효율성 증대는 물론 고성능섬유제품의 품질 및 가격경쟁력 향상이 기대된다.

석유화학 기초제품인 에틸렌 및 화학, 제철산업 등에서 부산물로 생성되는 일산화탄소 가스를 중합 원료로 활용, 기존 원료 산업의 효율성을 증대시킬 수 있으며, 새로운 고강도, 고탄성율 Super 섬유 소재로 고접착성 및 내화학성을 가져 타이어 코드, MRG, 보효용 등 섬유소재 응용제품의 품질 및 가격경쟁력 향상에 기여할 것으로 보인다.

자동차 산업의 경쟁력 향상(연비증대, 녹색성장)에도 기여할 전망이다.

특히 주력산업인 자동차분야에서 기존 섬유소재가 갖지 못한 고강도, 높은 고무접착성 및 케톤 수지가 가지는 우수한 내화학, 가스차단성 및 균형잡힌 기계적 물성 등을 통해 내/외장재, 연료계통 적용으로 경량화를 통한 연비향상과 이산화 탄소 발생 저감으로 녹색성장의 발판이 마련될 것으로 판단된다.

이러한 파급효과는 소재산업 측면에서 접근할 경우 폴리케톤 섬유는 고난이도, 고부가가치 제조공정으로 만들어지는 첨단섬유사업으로 국내 섬유산업에서 수익성을 상실하고 사업축소가 이루어지는 의류용 섬유를 대체하여 고부가가치 산업용 섬유 중심으로 전환하는데 중심이 될 소재라는 점이다.

또 폴리케톤 섬유는 기존 소재 대비 우수한 강도 및 고무접착력과 가격경쟁력으로 고무보강 섬유 복합재료로 우수한 경쟁력을 갖는 신소재라 할 수 있다.

한편 수요산업 측면에서는 섬유 복합 소재 관련 산업의 고부가가치화, 경쟁력 강화를 기대할 수 있다.

폴리케톤 섬유는 초고강도 및 초고탄성률을 가지고 있는 슈퍼섬유로서, 그 용도는 자동차분야, 정보통신 분야, 토목건축 분야, 스포츠 분야 등 다양하게 전개될 수 있다.

기존의 수퍼 섬유(p-Aramid)보다 우수한 가격경쟁력을 가져 국내 여러 산업분야에 안정적이고 우수한 가격 경쟁력을 가진 원사를 공급함으로써 경제적․산업적으로 파급효과가 상당할 전망이며, 국내 섬유산업을 하이테크산업으로 변화시키는데 일익을 담당할 것으로 기대되고 있다.

녹색성장, 탄소저감 공정 또한 빼놓을 수 없다.

원료인 일산화탄소는 공정 부산물로 얻어지므로 기존 화학, 제철산업 등에서 발생하는 부산물을 원료로 재활용함으로 기존 산업의 효율성을 높여 경쟁력을 강화시킬 수 있으며, 환경오염을 막아 녹색성장을 이끌어낼 수 있다.

또한 기존소재보다 비교우위인 내충격성, 내화학성, 가스배리어성을 통한 내외장재, 연료계통 적용으로 연비향상 및 이산화탄소 발생저감으로 녹색성장에 기여할 수 있을 전망이며, 특히 자동차 산업 등 수요산업 전반의 경쟁력 향상이 기대되고 있다.

낮은 가격의 원료(올레핀, 일산화탄소)를 사용함으로 높은 가격경쟁력을 가져 폴리케톤 소재를 사용하는 업계 전반에 경쟁력을 높임과 동시에 새로운 신성장동력원으로 작용할 것이란 분석이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

[그림] 탄소저감형 케톤계 프리미엄 섬유 및 수지 소재의 비전

<김진일 기자>