Special 차세대 전기차용 소재기술 개발 동향 및 산업전망(2)
차세대 자동차용 고강도 경량 복합소재 기술개발 동향

박성민_다이텍연구원 수석연구원

1. 탄소섬유 복합재

탄소섬유 복합재료는 탄소섬유의 뛰어난 성형성과 고온에서의 높은 강도를 조합하여 목적에 맞게 설계한 고기능성 재료이다. 고강도, 고탄성 소재인 탄소섬유는 항공기, 우주 왕복선 및 구조재 등에 고부가 복합소재의 핵심 재료로 이용되고 있다.
  일반적으로 탄소섬유 복합소재는 탄소섬유를 보강재로 수지, 세라믹, 금속 등을 모재로 사용하며, 탄소섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP), 탄소섬유강화세라믹(Carbon Fiber Reinforced Ceramic, CFRC), 탄소섬유강화금속(Carbon Fiber Reinforced Metal, CFRM) 등이 있다. 탄소섬유 복합소재의 원료로 사용되는 탄소섬유는 강도와 탄성이 높으며 섬유의 방향에 따라 강도, 열적, 전기적 특성 등 물리적 특성의 차이를 보여 다양한 분야에 적용이 가능하다.
  특히 탄소섬유는 경량화를 선도하는 재료이기에 10%의 중량이 감소되면 6~7%의 연료 절감 효과가 있어 이산화탄소 저감과 연비개선을 위한 경량화 목적으로 항공·우주, 자동차 관련 시장에서 탄소섬유 복합소재가 적극 도입되고 있다. 탄소섬유 복합소재는 장기적으로 기존 철강 및 알루미늄 시장을 대체할 것으로 예측되어 기술·공정 혁신을 통해 가격경쟁력을 확보 시 가장 강력한 대체재로 인식되고 있으며, 전기차와 수소자동차 시장확대에 따른 적용성 확대가 급속도로 진행되고 있는 분야가 바로 탄소복합재 분야이다.

그림 1. 지구온난화에 따른 경량화 요구확대 및 고성능 재료개발 수요확대

2. 탄소섬유 복합재 산업의 대외환경

기존 자동차의 경우 차량의 기본 성능인 가속력과 제동력 향상을 위한 방안이 최대의 이슈였으나 최근에는 연비/환경규제 뿐만 아니라 안전장치 및 주행편의성 향상을 위해 경량화/고효율화 기술이 요구되고 있다(그림 2).

그림 2. 자동차 산업에서의 연비규제 및 CO2 배출량 규제

  환경오염 및 연비규제로 차체 경량화에 대한 사회적인 요구가 증대되고 있고, 이에 따른 신소재 적용, 차체 부품 및 구조 설계 및 이에 따른 신규 충돌시험(OMBD) 대응 필요성 확대되고 있다. 연비 및 배출 가스 규제는 2020년 이후 대부분의 국가에서 규제치가 높아질 것으로 예상되며 중국의 경우 연비 규제치 이하의 차량은 판매 자체가 불가하다. 승용차에 10% 경량화시 약 3.8% 연비 향상 및 배기가스 CO 4.5%, NOx 8.8%의 감소 효과가 있다(그림 3).

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