‘소재부품기술개발사업’, 첨단·고성능 유기섬유소재의 극일(克日)·자립화 디딤돌 마련

‘소재부품기술개발사업’, 첨단·고성능 유기섬유소재의 극일(克日)·자립화 디딤돌 마련

국내 원사기업-중소기업 협업, 산·학·연 컨소시엄으로 국산화 기반기술 확대 추진해

고탄성 LCP섬유, 고내열·내화학성 PPS장섬유, 내크리프성 UHMWPE섬유 개발·착수

 

 

고성능 유기섬유소재 국산화 기술개발 현황과 좌표는?

日, ‘화이트리스트 제외’ 촉발, ‘극일’ 넘어 ‘자립화’ 계기

▶고성능 유기섬유소재의 다양한 용도분야

 

 

 

최근, 국내 섬유산업계는 아라미드, PPS, LCP 및 UHMWPE 등 첨단 산업분야에 사용되는 고성능 유기섬유소재의 국산화 및 기술자립화를 위한 연구·개발을 활발히 진행해 왔다.

강철 대비 15~20배 이상 높은 비강도는 물론, 경량화를 특징으로 장갑차, 방탄복, 미사일, 레이더돔 등 각종 방산소재로도 널리 사용되며, 고성능 유기섬유소재 생산 관련 국가들은 해당 섬유들을 ‘전략물자’로 지정·관리하고 있다.

전략물자란, 각종 무기류의 개발·제조·사용 혹은 저장에 이용될 수 있는 품목 등을 말하며, 세계 각국에서는 자국의 안보를 위해 이들 전략물자에 대해 기술교류와 수출 등을 엄격히 통제하고 있다.

또한, 패션·의류용 범용섬유와는 달리, 저온·고온에서 우수한 성능을 발휘하며, 산성, 염기성 등의 극한환경에서 장기간 사용이 가능해 첨단산업 분야의 필수소재로도 채택되고 있다.

▶국내 고성능 유기섬유 시장현황 및 용도별 수요

 

 

2010년대 이후, 케블라(Kevlar)로 알려진 대표적인 고성능 유기섬유인 ‘파라-아라미드 섬유’의 국산화 추진으로 관련 소재의 수급 문제가 일부 해소됐다.

하지만, 햇빛과 해수(海水) 및 마찰에 취약해 다양한 극한환경에서의 사용이 제한적일 뿐만 아니라, 국내 응용기술의 미비로 인해 직물, 부직포, 방적사 등 중간재의 상당부분은 여전히 수입에 의존해 왔다.

2018년을 기준으로 고성능 유기섬유소재의 대일(對日) 수입액은 약 8,500만불 규모로 전체 수입액의 18%를 차지했으며, 무역적자가 지속적으로 증가하고 있는 분야다.

특히, 이들 고성능 유기섬유들의 기술 수준은 일본과 비교해 약 60% 정도에 불과했으나, 중앙정부의 예산지원과 업계의 꾸준한 기술개발을 통해 그 격차를 크게 좁히고 있다.

 

그동안, 국내 기업들은 고성능 유기섬유 중 아라미드, UHMWPE, PPS 섬유를 독자적으로 개발해 시장에 진출하고 있으나, 대부분 국내 생산기반이 미흡하고 용도적용에 따른 신뢰성 문제 대두로 주요 수요기업들은 일본, 미국 등에서 관련 소재들을 계속해서 수입해 사용하고 있었다.

그러나, 2019년 일본 경제산업성이 한국을 ‘화이트리스트’에서 배제함에 따라 주요 전략물자에 대한 실질적인 수출통제 강화조치가 단행됐다.

 

무엇보다, 일본의 수출통제 품목에 탄소섬유, 유리섬유로 대표되는 무기섬유와 아라미드, PPS, LCP 및 UHMWPE 등 다수의 고성능 유기섬유가 ‘첨단소재’분야에 포함됨에 따라 국내 수급이 불안정할 경우, 다수의 국내 관련 기업들이 큰 타격을 받을 수밖에 없었다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

대일(對日) 기술 종속화 탈피를 위한 ‘소재부품기술개발사업’

기술장벽 극복, 대외 경쟁력 갖춘 국산화 기반기술 확보 계기

 

 

 

산업통상자원부는 일본의 수출규제 사태 이후, ‘소재부품기술개발사업’을 통해 대일(對日) 기술 종속화 탈피를 위한 연구개발사업을 진행했다.

국내 원사기업 및 중간재를 제조하는 중소기업이 협업, 산·학·연 컨소시엄을 통해 국산화가 시급한 파라-아라미드 특수복합방적사, 메타-아라미드 펄프 및 고내열 절연지, 고탄성율 LCP섬유, 고내열·내화학성 PPS장섬유 및 내크리프성 UHMWPE 섬유의 개발에 착수했다.

한국섬유개발연구원은 연구·개발사업 추진 1년이 지난 올해 6월, ‘대구국제섬유박람회(PID)’를 통해 그간의 개발성과를 공개했다.

 

한국섬유개발연구원(KTDI, www.textopia.or.kr)에 따르면, ‘소재부품기술개발사업을 통해 일본 및 일부 선진국에 크게 의존하던 고성능 유기섬유소재 대상의 연구·개발사업이 본격 추진됨에 따라 그간의 기술장벽을 뛰어넘고 글로벌 경쟁력을 갖춘 국산화 기반기술을 확보하는 계기가 됐다’는 평이다.

특히, ‘아라미드섬유, PPS 섬유의 성능이 선진국 수준으로 개선되어 국내 수요가 증가하고 있고, 추가적인 고성능 유기섬유들의 개발로 섬유강국의 위상에 걸맞는 기술력을 갖추었다’고 전했다.

 

한편, ‘소재부품기술개발사업’ 추진에 따른 품목별 연구개발 성과를 살펴보면 다음과 같다.

 

 

 

 

 

 

 

▣ 파라-아라미드 특수복합방적사

 

착용감·활동성 우수해 산업용, 안전·보호복, 패션·의류용소재로 사용

삼일방㈜, 우양신소재, ㈜백일, ㈜세명기업, ㈜형제인터내셔널 협업

사업완료 시 시장점유율 44% 확보, 다양한 산업분야 용도확대 가능

 

▶파라-아라미드 특수복합방적사의 개념

 

 

 

 

파라-아라미드 특수복합방적사는 기존의 링 방적(Ring spinning) 방식의 낮은 생산성과 높은 생산단가 등의 문제점을 극복하기 위해 에어젯(Air-jet) 공법을 적용한 특수목적의 복합 방적사이다.

이렇게 만들어진 파라-아라미드 특수복합방적사는 착용감과 활동성이 우수해 산업용뿐만 아니라, 안전·보호복, 패션·의류용 섬유소재로도 사용할 수 있다.

지역의 방적사 전문 제조기업인 삼일방㈜이 파라-아라미드 특수복합방적사 제조기술을 개발하고 있으며, 우양신소재, ㈜백일, ㈜세명기업, ㈜형제인터내셔널에서 사업화를 위한 노력을 하고 있다.

이 기술개발이 완료되면 삼일방㈜은 관련 시장점유율을 44%까지 확보할 수 있으며, 내열보호복 및 산업용 안전장갑, 자동차 호스보강재 등 다양한 산업분야로의 용도확대가 가능할 것으로 기대된다.

 

 

 

 

 

 

 

▣ 메타-아라미드 펄프 및 고내열 절연지

 

㈜휴비스, 메타-아라미드 펄프화기술 확보 안정화·고품질화 진행

국일제지㈜, 경창정공㈜, ㈜디케이솔루션 전기차 모터용 보빈소재 개발

모터용 절연지개발로 전기차 전장부품용 소재시장 점유율 확대 기대

 

▶메타-아라미드 펄프 및 고내열 절연지 개발 흐름도

 

 

 

메타-아라미드는 한계산소지수(LOI)가 약 38 이상인 초고내열성 섬유로 전기절연성이 우수해 절연재로 주로 사용해 왔으나, 종이형태로 제작하기 위한 원료소재인 ‘메타-아라미드 펄프’ 제조기술의 경우 일본과 미국이 독점해왔다.

최근 ㈜휴비스에서는 메타-아라미드 펄프화 기술을 확보해 제조공정에 대한 안정화 및 고품질화를 진행하고 있으며, 응용기술로 국일제지㈜가 주관하고 경창정공㈜, ㈜디케이솔루션의 공동 연구를 통해 고내열 절연지를 이용한 전기자동차 모터용 보빈소재를 개발하고 있다.

전기자동차의 시장 규모는 2019년 1,623억 달러이며, 그 중 모터와 같은 전장부품 시장은 2018년 222억 달러에서 2025년 1,574억 달러로 증가해 연평균 29.4% 성장세를 보이는 등 빠른 시장 확대가 전망되고 있다.

모터용 절연지의 개발 완료 시 전기차 전장부품용 소재시장에서의 점유율 확대가 기대되는 이유이기도 하다.

 

 

 

 

▣ 고탄성률 LCP섬유

 

세양폴리머㈜는 이러한 상황을 타계하기 위해 LCP수지제조 기술을 고도화

삼환티에프㈜, ㈜한국세폭, ㈜대산이앤지 토목·건축분야 응용기술 개발 진행

건축·토목용 고탄성 LCP섬유의 국산화 대체로 경제적 효과 용도확대 전망

 

▶LCP, PPS 및 UHMWPE 섬유 개발 개요

 

 

고탄성률 LCP섬유는 기존 LCP 대비 탄성률이 10~20% 우수해 건축·토목용 보강재로 사용이 가능하다.

세양폴리머㈜는 2016년부터 LCP섬유의 원료인 LCP수지 제조 원천기술을 확보했으나, 고탄성률 수지의 경우, 여전히 일본과 미국에 100% 의존하고 있는 상황이다.

세양폴리머㈜는 이러한 상황을 타계하기 위해 LCP수지제조 기술을 고도화하고, 삼환티에프㈜를 중심으로 ㈜한국세폭, ㈜대산이앤지는 섬유화 및 토목·건축분야로의 응용기술 개발을 진행 중에 있다.

고탄성률의 LCP섬유 국산화 및 제품화 기술개발이 완료되면 뛰어난 진동흡수율과 수분에 강한 특성으로 건축·토목용 보강재로써 기존 금속 및 무기계 소재뿐만 아니라 수입 유기섬유 소재를 대체할 수 있으며, 해안지역과 같은 극한환경에서 고내구성 내진보강재로 널리 사용될 수 있을 전망이다.

최근 국내에서는 잦은 지진재해로 인해 신축건물에 대한 내진설계 비중을 늘리고 있으며, 2018년에는 학교 및 관공서를 중심으로 1,186건, 6,800억원 규모의 내진보강공사가 이루어졌고, 2023년까지 상승세를 유지할 것으로 예상된다.

따라서, 건축·토목용 고탄성 LCP섬유의 국산화로 인한 경제적 효과 또한 우수할 것으로 기대되고 있다.

 

 

 

 

 

 

▣ 고내열·내화학성 PPS 장섬유

 

㈜휴비스 - PPS/PET 복합장섬유개발 이어 PPS 100% 단독 방사기술 개발 중

㈜지테크, ㈜보우, 케이씨에어필터텍㈜ 산업용 고온 백필터 제품·응용기술 추진

시장점유율 독보적 위치 확보 및 미래 고부가가치 섬유소재로 자리매김 전망

 

 

 

고내열·내화학성 PPS 장섬유는 100% 일본 수입에 의존하던 것을 ㈜휴비스에서 국산화에 성공했다.

㈜휴비스는 2020년 첫해에 PPS/PET 복합장섬유 개발을 시작으로 올해는 PPS 100% 단독장섬유 방사기술을 개발 중에 있다.

PPS의 응용기술 개발을 위해 ㈜지테크, ㈜보우 및 케이씨에어필터텍㈜는 미세먼지 저감을 위한 산업용 고온 백필터 제품을 개발한다.

특히, ㈜휴비스는 PPS섬유 세계시장점유율이 1위이나 섬유길이가 60~120mm 정도의 단섬유만을 생산하고 있었으며, 고강도의 PPS 장섬유는 도요보(일본)와 같은 일본기업으로부터의 수입에 의존하고 있었다.

본 기술개발 완료 시, 2025년까지 약 1.66억 달러 규모로 성장할 것으로 예상되는 공조용 백필터 시장에서 도레이, 도요보와 같은 메이저 업체와 경쟁이 가능하며, 전체 PPS섬유 시장에서의 점유율 면에서도 독보적인 위치를 점유할 것으로 예상된다.

이외에도, PPS섬유는 보호복, 화학복, 고성능 부직포 시장으로의 용도 확장성이 우수해 미래 고부가가치 섬유 소재로 자리매김할 전망이다.

 

 

 

 

▣ 내크리프성 UHMWPE 섬유

 

㈜동양제강, 한화토탈, E-KOREA, 내크리프성 UHMWPE 개발 진행

유럽·일본 전량 수입의존, 수지 및 크레인용 로프제품 국산화가 목표

국내 건설기계 및 산업용 로프 시장 파급효과 매우 클 것으로 예상

 

 

내크리프성 UHMWPE의 경우, 기존에 사용되던 금속 Wire가 크레인 가동 시 반복 굽힘과 마찰에 따른 많은 열 발생으로 장기 내구성이 저하되는 문제를 해결하기 위해 고성능 유기섬유소재인 내크리프성 UHMWPE로 대체되는 추세에 있다.

국내에서는 해당 섬유소재를 ㈜동양제강에서 국산화에 성공했지만, 신뢰성 및 물성의 균일성 문제로 대부분 유럽 및 일본 등으로부터 수입해 사용해왔다.

UHMWPE 섬유 제조를 위한 원료 수지 역시 100% 해외 수입에 의존하고 있었다.

본 사업을 통해 ㈜동양제강이 주관하고, 한화토탈과 E-KOREA가 참여하는 내크리프성 UHMWPE 개발이 진행되고 있으며, 수지 및 크레인용 로프제품의 국산화를 목표로 하고 있다.

국산화 성공 시, 현재 9,777억원 규모의 산업용 로프 시장에서의 수입대체 효과가 기대된다. 특히, 국내 건설기계 및 산업용 로프 시장은 2028년까지 14,891억원 규모, 전 세계 시장은 19억 달러의 매우 큰 시장을 형성할 것으로 예상되어 사업적 파급효과도 매우 클 것으로 예상된다.

 

 

한국섬유개발연구원 - 전후방 연관산업으로의 파급력 극대화에 적극 대응

시장수요·용도분야 확대 위해 섬유제조-수요기업 간 연계 협력시스템 강화

수입의존도 높은 섬유기초소재, 국산화 국가차원 성장 로드맵 설정 필요해

 

 

 

한편, 해당 사업을 총괄 주관/지원하고 있는 한국섬유개발연구원은 ‘소재부품기술개발사업’의 전·후방 연관산업으로의 파급력 극대화에 적극 대응하고 있다.

 

각 연구·개발 과제의 산·학·연 컨소시엄을 통해 개발된 고성능 유기섬유소재들의 시장수요 및 용도분야 확대를 위해 섬유제조기업과 수요기업 간 연계를 강화하는 한편, 전방산업의 적용 실증을 위한 제조-수요 기업 간 협력시스템을 구축했다.

신규로 개발된 고성능 유기섬유소재들의 기술 및 제품에 대한 시장검증 촉진과 시장 친화형 기능개선 연구를 통해 시장점유율을 높이겠다는 전략이다.

정부가 추진하고 있는 소재부품기술개발사업을 통해 일본과 미국, 유럽 등에 크게 의존하던 고성능 첨단 유기섬유 소재의 기술 자립화 기틀이 마련된 셈이다.

 

연구·개발사업을 통해 관련 소재들의 국산화가 완료될 경우, 향후 고성능 유기섬유소재 분야의 무역적자 해소와 전·후방 산업으로의 파급효과가 클 것으로 보여진다.

개발 완료 시 일본과의 기술수준은 90% 이상으로 격차가 크게 좁혀질 것으로 기대되고 있는 등 일부 중요한 고성능 유기섬유의 국산화가 순조롭게 진행되고 있다.

 

하지만, 해외 선진국 대부분 전략물자로 관리되고 있는 PI, PBO, PTFE 및 PVA 섬유와 같은 소재들의 수입의존도는 여전히 높은 상황이다.

향후, 해당 소재들을 사용하는 전방산업 수요기업들이 안정적인 수급에 차질 없이 조달할 수 있도록 고성능 섬유소재 국산화를 위한 지속적인 기술개발 및 사업화 지원 확대가 절실하다.

 

국가안보와 직결되는 섬유 기초소재 분야는 국방, 자동차, 조선, 에너지 등 전·후방 연관산업과 긴밀한 네트웍으로 국내는 물론, 글로벌 마켓에서의 수요 스펙트럼은 빠르게 확장되고 있다.

 

 

전략물자의 경우, 특정 국가의 대외 의존도를 근본적으로 해결할 수 있는 글로벌 밸류-체인을 더욱 촘촘하게 엮는 한편, 핵심 기초소재의 조달-개발-공급-비축에 이르는 전주기를 대상으로 안정적인 조달과 역내 공급망을 확대·구축할 대안 마련이 요구된다.

 

이를 위해 중앙정부와 수요·공급기업, 유관 연구기관 등을 중심으로 한 국가차원의 컨트롤타워 출범과 상시 가동체계 구축은 절대적이다.

 

 

특정 국가의 수출규제를 계기로 추진되는 임시방편적 연구·개발사업이 아니라 국가의 지속성장 가능성을 뒷받침할 대표적인 기간산업이자 미래전략산업으로 성장·안착시키기 위한 중·장기적 청사진 제시가 필요한 시점이다.

 

 

<김진일 기자>

 

 

고성능 유기섬유소재 국산화 기술개발 현황과 목표 > FOCUS | 한국섬유경제 (ktenews.co.kr)

고성능 유기섬유소재 국산화 기술개발 현황과 목표 > FOCUS | 한국섬유경제

 

 

 

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