▲ 탄소저감형 케톤계 프리미엄 섬유 기술 흐름.

미래 산업은 새로운 성능과 기능을 갖춘 소재를 요구하고 있다.

이에 정부는 폴리케톤 소재 개발기술과 폴리케톤 섬유 복합소재 개발기술, 폴리케톤 EP 복합소재 개발기술 등의 원천기술을 확보하기 위해 ‘탄소저감형 프리미엄 케톤 섬유 및 수지’기술개발에 나서게 됐다.

케톤 섬유는 기존 타이어코드, 산업용 보강재 등으로 활용되는 아라미드 섬유를 대체 가능한 세계 최초의 산업용 섬유 소재이다.

이를 위한 원천기술은 탄소저감형 합성공정을 통해 카르보닐기와 탄화수소로 이뤄진 폴리케톤 화합물을 주성분으로 하는 산업용 소재를 제조하는 기술로 저비용으로 극한성능·고기능 수지를 창출할 수 있는 기반기술이다.

현재 미국의 듀폰과 일본의 도레이, 테이진 등이 섬유시장을 독점하고 있어 시장 자체에 진입하는 것이 어려운 현실이다. 또한 산업용 소재에 요구되는 성능은 높아지고 가격경쟁력은 심화되고 있다.

하지만, 임계성능을 극복하게 된다면 자동차, IT, 전자정보, 산업용 소재, 고내구성 소재 등 전 산업으로 응용 가능한 소재이기도 하다.

극한 성능의 섬유를 사용한 고내구성 소재 수요가 급증하고 있으며, 2020년 산업용 섬유 소재 세계시장은 30조원 규모로 성장할 것으로 예측되고 있다.

2000년대 이후, 일본과 미국을 중심으로 극한 섬유 분야에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다.

극한 산업용 소재 개발을 위해 다양한 공정기술과 기능성 원료 개발 연구를 하고 있다. 국내에서는 2005년 이후 기초 연구개발을 추진 중에 있다.

PA계, PET계 섬유 등 범용 섬유의 과잉 생산으로 세계적인 섬유경쟁이 치열해지고 있는 반면 섬유 제조기술에 대한 국가 간 기술적 장벽이 낮아진 소위 ‘기술의 세계보편화’로 국내 화학섬유 업체의 경쟁력이 크게 상실되고 있다.

특히 중국 및 개도국의 거센 도전에 직면하고 있고 최근 세계경제의 침체로 인한 수요감소로 위기가 증대되고 있다. 또한 원만하지 못한 노사관계 및 불안한 고용시장을 형성하고 있어 한마디로 우리 화학섬유 업계는 총체적인 위기에 봉착해 있는 상황이다.

따라서 범용 섬유가 아닌 높은 기술의 차별성에 근거하며 경쟁국에 대해 높은 기술적 장벽을 느끼게 할 수 있는 혁신적인 원천 소재 신섬유 개발을 통해 거대 신시장을 창출하고 더불어 안정된 고용을 창출할 수 있는 위기전환이 절실히 요구되고 있다.

케톤계 섬유는 원료부터 중합, 방사, 용매처리 등 세부요소기술이 종래의 용용방사에서 제조되는 일반섬유와는 달리 매우 복잡하고 난이도가 높은 기술로서 고부가가치를 창출하는 첨단섬유산업으로 각광받고 있다.

종래의 의류용 섬유가 중국 등 후발주자들의 추격으로 이미 수익성을 상실하고 사업축소가 이뤄지고 있는 점을 감안하면 폴리케톤 섬유 같은 고부가가치 산업용 섬유개발은 침체된 국내 섬유 산업에 활력을 불어 넣는 계기가 될 것이다.

케톤계 섬유는 초고강도 및 초고탄성율을 가지고 있는 슈퍼섬유로서, 그 용도는 자동차 분야, IT분야, 토목건축 분야, 스포츠 분야 등 다양하게 전개될 수 있고, 기존의 p-Aramid 섬유보다 저비용으로 생산이 가능해 성능대비 가격 비교 우위를 점할 수 있다.

그리고 국내 여러 산업분야에 안정적이고 저렴한 가격의 원사를 공급함으로써 경제적·산업적으로 파급효과가 상당하고, 국내 섬유산업을 하이테크산업으로 변화시키는데 일익을 담당할 것으로 기대된다.

엔지니어링 플라스틱 소재에 있어서 내열성, 내화학성, 내마모성 및 기계적 물성 등의 고기능을 요구하는 분야가 증가하고 있다.

특히 자동차, 전기·전자부품의 소형화, 경량화, 모듈화 및 고성능화 추세에 따라 상기와 같은 특성을 지닌 소재가 요구되고 있다. 이러한 요구에 따라 케톤계 소재는 슈퍼엔지니어링 플라스틱의 한계인 비용절감, 환경규제 강화에 따른 열가소성 플라스틱화 및 금속대체 등 새로운 산업 환경에 대응하는 블루오션의 신소재로서 그 위치와 영향력이 지대하다 할 수 있다.

이는 국내 엔지니어링 플라스틱 업계의 기술발전 및 시장선점에 일조할 것으로 예상된다.

하지만 기업입장에서는 신규 사업 투자에 대한 리스크 부담으로 기술개발에 위축될 수 있다.

세계적으로도 새로운 개념의 신소재 발굴 사업에 대한 기업들의 투자, 단위 기업에서의 상용화 등이 어려울 수 있다.

이에 정부는 WPM 10대 소재로 관련 기술개발을 선정함으로써 확실한 투자와 기술선점으로 시장을 장악할 수 있는 원천기술을 확보해야 한다.

국내의 경우 연구소 등 규모의 실험장비(중합, 섬유, EP) 운영을 통한 제품화 가능성을 타진 중에 있다. 현재 올레핀 중합, 습식방사 섬유화 및 컴파운딩 기술 등 첨단기술이 축적돼 있다.

일본 Asahi-Kasei Fiber(주)의 상업화 기술개발 전략을 입수해 시장선도적인 원천기술 개발이 필요한 현실이다.

또한 사업화 절차를 일관체제로 구축한다면 학연계의 우수 인력·기술의 지속적인 확보, 산업계의 시장 확보가 선순환구조를 형성할 것으로 보인다.

이를 공공재의 투입을 통해 실현한다면 기술융화 및 리스크를 최소화할 수 있을 것으로 예상된다.

정부는 이를 통해 탄소저감형 합성 공정을 통한 폴리케톤 고성능·고기능 소재 개발을 통해 섬유는 고강도 섬유 및 복합제품을 개발하고 EP는 고성능 수지 및 복합소재를 개발한다는 계획이다.

기대효과로는 2015년 1조5,000억원의 세계시장에서 7%, 2021년에는 2조2,000억원의 세계시장에서 33%를 점유한다는 계획이다. 고용창출도 2015년 3,000명에서 2021년 9,000명규모까지 이뤄질 전망이다.

아울러 자동차, 전기전자, 항공기, 산업용 부품소재 수요시장 창출 및 산업용 섬유 소재분야를 선점할 것으로 예측된다.

■폴리케톤 소재 개발

산업용 섬유소재와 산업용 플라스틱 수지 등에 사용되는 폴리케톤 소재는 일본의 아사히와 네덜란드의 쉘이 생산하고 있다. 현재 세계적으로도 섬유로 상업화 한 사례는 전무한 상태이다.


■폴리케톤 섬유 복합소재 개발

일본의 아사히, 브릿지스톤이 제조하고 있으며 자동차 타이어코드, MRG용 소재, 내절단성 소재, 보호용 소재 등에 사용된다. 미국과 일본이 아라미드 섬유시장을 독점하고 있다.

현재 아라미드 섬유 타이어 코드, 아라미드 섬유를 활용한 복합소재, MRG, 보호용 소재 등의 개발이 이뤄졌다. 국내 현실은 선진국에 비해 미흡한 실정으로 산업용 소재 공정 개선에 연구가 진행되고 있다.

■폴리케톤 EP 복합소재 개발

자동차 내외장재, 전기·전자부품, 산업용 기계 부품 등에 사용이 되며 네덜란드의 쉘이 생산하고 있다. 세계적으로도 연구개발, 컴파운딩 및 성형기술은 초기 단계에 있다.