차세대 자동차의 핵심소재 탄소섬유강화 고분자 복합소재

1. 서 론

지구 온난화와 화석연료 고갈 등의 환경문제로 자동차의 경량화를 통한 연비를 향상시키고 그에 따른 이산화탄소 발생을 저감하려는 시도가 계속되어 오고 있다. 그러한 상황에서 하이브리드자동차(HV), 전기자동차(EV), 연료전지자동차(FCV) 등의 친환경자동차 개발에 박차를 가하고 있다. 이러한 차세대 친환경자동차의 개발에 따라 반드시 필요한 기술이 자동차를 가볍게 만드는 경량화 기술이다. 자동차 경량화 기술로써 탁월한 경량화 효과 및 우수한 기계적 물성을 지닌 탄소섬유강화 고분자 복합소재(carbon fiber reinforced plastic; CFRP)의 도입이 적극적으로 시도되고 있다. CFRP는 철에 비해 1/4 경량이면서 강도와 탄성이 각각 10배와 7배 우수한 것으로 알려져 있다.(그림 1) CFRP는 고성능섬유인 탄소섬유에 의해 강화된 고분자 복합소재로써 가볍고 강한 특성으로 오래전부터 항공우주소재로써 각광을 받아왔다. 민간항공기의 경우 80년대에는 전체 항공기 중량에서 5~6% 정도의 복합소재가 적용 되었으나 그 채용 비율이 꾸준히 늘어 보잉사에서 개발한 보잉787의 경우 전체 항공기 무게 101톤에서 복합소재의 무게가 50.5톤, CFRP가 35톤으로 CFRP의 비율이 대폭 증가되어 연료 효율을 약 20%까지 향상시켰다.(그림 2) CFRP를 전세계 여객기에 50%이상 적용시 온실가스는 연간 3900만톤이 저감되고 자동차 차체에 17%이상 CFRP 적용시 연간 1800만톤의 온실가스가 저감된다는 통계 결과가 나와 있다. CFRP 세계시장은 2014년 10조원에서 2025년 28조원까지 크게 성장할 것으로 예측되고 있다.

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