일본산업뉴스요약

탄소섬유 성형기술에 적극투자
CFRP 수요 반영, 국내 3사 신흥세에 대항

국내 탄소섬유 제조기업인 도레이, 데이진, 미쓰비시케미컬이「탄소섬유강화플라스틱(CFRP)」의 성형 기술 개발과 고도화에 적극 투자하고 있다. 중국 등의 신흥세력이 탄소섬유의 생산을 확대하는 가운데, 탄소섬유만을 소매 판매하는, 지금까지의 “실 판매” 사업모델로는 장기적인 수익 저하를 피할 수 없기 때문이다. 항공기나 자동차 등 CFRP의 대형 구매 고객에게 어필할 수 있는 성형 기술을 자사가 어느 정도 확보하는가가 탄소섬유 사업의 성패를 좌우한다.

● 탄소섬유의 주요 성형방법

●“실 판매”에서 탈피

-- 가격경쟁에 위기감, 항공기∙차량용 조준 --
「품질은 그렇게 높지 않지만, 신흥세력의 시장 참여나 신규확대는 위협이다. 특히 생산과잉에 의한 탄소섬유의 가격 하락을 우려하고 있다」. 어느 국내 탄소섬유업체 간부는 중국과 인도, 터키 등 신흥업체의 야심적인 증산 투자에 표정이 굳어진다. 국낸 업체는 탄소섬유의 공급량에서 약 70%의 압도적인 시장 점유율을 쥐고 있지만, 경쟁사의 생산력이 증가하면 가격 교섭 등에서 주도권을 잃을지도 모른다.

그러나 신흥업체는 탄소섬유의 품질에 관해, 항공기 등에 사용하는 상위품을 중심으로 개발도상에 있다. CFRP의 성형기술 개발보다 눈 앞의 탄소섬유의 품질 개선에 중점을 두지 않으면 안 되는 상황이 있다.

국내 업체가 CFRP의 성형기술의 개발을 서두르는 이유는, 경쟁에서 약한 분야를 강화하여, 항공기나 자동차회사 등 CFRP의 수요업체에 대한 소재 제안 능력에서 앞지르려는 목적이 있다. 다른 탄소섬유업체 간부는「향후 몇 년 동안 신흥세력과 (CFRP 성형에서) 얼마나 큰 차이를 벌일 수 있을까가 승부다」라고 설명한다.

탄소섬유의 비중은 철의 4분의 1이며, 비강도(인장강도를 비중으로 나눈 값)는 10배다. 치수 안정성이 높고, 내열성이나 내약품성이 뛰어나다. 탄소섬유만 사용하는 경우는 거의 없고, 열경화성이나 열가소성을 갖는 다양한 매트릭스 수지와 결합하여, 복합재료인 CFRP로 하는 것이 일반적이다.

가볍고 강성(剛性)이 높은 CFRP는 금속 부품의 대체로서 기대를 모으고 있다. 그러나 철강에 비해 최대 10배 정도의 높은 생산 비용이나 복잡한 모양을 성형하기 어려운 낮은 성형성이 과제다. 특히, 탄소섬유업체가 주요 수요층으로 삼고 있는 양산자동차는, 고장력 강판(High Tensile Strength Steel)이나 고강도 알루미늄 등 기능성을 높인 금속으로 공세를 펼치고 있다. 더욱 치열해지는 금속과의 “주역 쟁탈”도, 탄소섬유업체가 스스로 CFRP 성형 기술의 개발을 주도하기 시작한 이유 중 하나다.

지금까지 CFRP의 성형 기술 개발은 프리프레그(탄소섬유에 수지를 침투시킨 반경화 상태의 중간재료)를 제조하는「프리프레거」나, 프리프레그를 적층∙열가압하여 CFRP로 성형하는 부품업체, 지식을 갖고 있는 엔지니어링 회사가 리드해 왔다. 특히, 탄소섬유를 가공하여 소매 판매하는 프리프레거는 설비 투자도 비교적 작고, 탄소섬유의 공급망에 있어서 높은 이익을 얻어 왔다.

일본의 탄소섬유업체는 세계의 탄소섬유 생산량의 70%를 차지하지만, CFRP의 부재나 제품 사업에서는 고부가가치 분야에의 참여에 주력해 온 유럽과 미국 기업의 점유율이 높고, 일본 업체의 경우는 20% 이하에 머문다. 탄소섬유업체가 분업화해 온 CFRP 성형에 직접 참여하는 것을 서두르는 이유는, 부가가치가 높은 분야를 통해 탄소섬유 생산의 엄혹한 수익 환경을 지원하려는 목적도 있다.

● 3사의 전략 

-- 도레이, 모든 성형 방법에 대응 --
최대기업인 도레이의 전략은 명쾌하다. 풍부한 개발자금을 활용하여, CFRP의 성형 기술을 총합적으로 연구한다는 방침으로,「모든 가공기술을 검증하여, 어느 성형이 주류가 돼도 대응할 수 있도록 한다」(스가(須賀) 상무). 국내외의 거점을 활용하여 다양한 성형 방법을 망라하여 포착한다. 도레이는 19년까지 3년 동안 화학섬유업체로서는 놀라운 2,200억 엔을 연구개발비로 투자하고 있으며, 탄소섬유 분야에도 많은 금액을 할당할 방침이다.

도레이가 강화하는 분야 중 하나인「필라멘트 와인딩(FW)」은, 수지를 침투시킨 탄소섬유를 틀에 감아서 강화시키는 성형 방법이다. FW는 통 모양의 부재 성형에 적합한 데다, 연속한 섬유를 재료에 사용하기 때문에 제품의 역학 특성이 뛰어나다. 지금까지도 자동차 부품인 프로펠러 샤프트에 채용되고 있으며 자동차회사의 평가도 높다. 앞으로는 수소자동차의 연료탱크에도 유망한 성형 기술로, 수요도 기대할 수 있다. 도레이는 부가가치가 있는 고기능 탄소섬유 생산을 주특기로 하고 있으며, 안전을 중시하는 탱크 시장에 판매할 생각이다.

-- 미쓰비시케미컬, 양산차에 중점 --
미쓰비시케미컬은 자동차에 조준을 맞춰, CFRP 성형 기술의 개발을 추진한다. 특히 동사(同社)가 가장 주력하고 있는 것은 양산차 시장이다. 동사는 가격 경쟁력이 뛰어난 고물성(高物性)의 범용 탄소섬유에 강하며, 양산차에의 적용을 기대할 수 있는 이들 탄소섬유와, 생산성이 높은 성형 기술은 떼려야 뗄 수 없는 관계에 있다.

미쓰비시케미컬의 시트 몰딩 컴파운드(SMC)는, 몇 센티 길이로 자른 탄소섬유를 함유한 수지 시트를 적층하여 프레스로 경화하는 성형 방법이다. 성형 사이클이 짧고, 금속 소재가 우위성을 갖는 복잡한 모양에도 대응 가능하다. 현재, 아이치현 도요하시시에, SMC에서는 세계 1위인 연산 3,000톤의 생산 설비를 보유하고 있다. 독일의 새로운 플랜트도 17년 중에 가동한다. 연구체제를 강화하여, 성형사이클을 더 단축시키려는 시도도 추진하고 있으며, 독일 거점의 능력 증강에도 적극적이다.

또한 미쓰비시케미컬이 개발한 열간 프레스 성형법(PCM 공법)을 이용한 자동차 부품 개발과 양산을 담당하는 새로운 공장 건설도 결정, 일본 내의 ​​자동차회사를 중심으로 판매를 가속한다.

-- 데이진, 열가소성 수지로 독자색 구축 --
데이진은 탄소섬유와 열가소성 수지를 사용한 복합재료(CFRTP)「세리보」의 개발을 추진하여 독자색을 뚜렷이 한다. 08년에 개설한 복합재료 개발센터를 중심으로 연구를 계속해 왔으며, 11년에는 업계 최단 1분의 택트 타임을 실현하였다. 여전히 내열성이나 내약품성 등이 뛰어난 열경화 수지가 주류지만, 주류 이외의 개발에 주력하여, CFRP 개발을 리드하고 있는 프리프레거 등을 단번에 추월하려는 생각인 것 같다. CFRTP는 양산성과 더불어, CFRP의 과제였던 리사이클성도 높고, 자동차 분야에 어필할 수 있는 강점도 많다.

데이진은 11년부터 미국 제너럴 모터스와 CFRTP를 사용한 부품의 공동 개발에 들어갔으며, 국내외의 자동차회사와도 동일한 시도를 넓혀나간다. 데이진은 자동차부품 시장에서 지금까지의 소재 공급 업체에서 탈피하여 티어1(1차 하청 회사)이 된다는 방침을 선명하게 하고 있다. CFRTP의 본격 채용이 결정되면, 양산 공장 신설을 적극 추진할 가능성도 높다.

  -- 끝 --