철보다 강한 실… 車 옷을 갈아입다

[뉴 테크놀로지] 철보다 강한 실… 車 옷을 갈아입다

한경진 기자

조선비즈 입력 : 2014.03.10 03:10

[10배 강한데 무게는 4분의 1로… 가볍고 센 자동차 시대]

탄소섬유 플라스틱, BMW·현대車에 이미 활용
유리섬유 이용한 플라스틱, 제네시스에 적용돼
탄소섬유 남은 문제는 돈… 鐵보다 제작비 5배

최근 자동차 업계의 주요 이슈는 '경량화(輕量化)'다. 이산화탄소 배출이 적고 연비가 높은 차를 만들기 위해서, 개척할 여지가 많은 분야이기 때문이다. 엔진의 효율을 높이거나, 차체 설계 변경으로 공기저항계수를 낮추는 기술 등은 이제는 더 발전시킬 여지가 적다는 게 중론이다.

경량화의 핵심은 가볍고 단단한 소재로 강철을 대체하는 것이다. 차체, 내부 부품을 가리지 않고 '탄소섬유 강화플라스틱(CFRP)'과 '유리섬유 강화 열가소성 플라스틱(GMT)' 같은 각종 복합 플라스틱 소재가 각광받고 있다.

지난 5일 제네바모터쇼에서 공개된 현대자동차의 미래형 콘셉트카 '인트라도(Intrado)' 프레임에는 효성의 탄소섬유로 만든 강화플라스틱이 쓰였다. BMW가 올해 출시하는 전기차 'i3'와 플러그인 하이브리드 스포츠카 'i8'에도 같은 소재가 적용된다.

▲ /그래픽=김현지 기자
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탄소섬유는 아크릴섬유 등을 1000~3000도로 태워 탄소 함유율이 92% 이상인 소재다. 무게는 강철의 4분의 1이고 강도는 10배 이상이다. 일본의 도레이사(社)가 1971년에 처음으로 상업 생산을 시작했지만, 좀처럼 시장이 형성되지 않았다. 하지만 친환경·경량화가 중요해지고 2011년 취항한 항공기 '보잉787' 동체에 50% 이상을 차지하는 소재로 쓰이면서 주목을 받기 시작했다.

업계는 2010년 3만5000t이었던 탄소섬유 수요가 2020년 13만t으로 뛸 것으로 보고 있다. 국내에서도 1~2년 전부터 효성의 전주공장과 도레이첨단소재(일본 도레이 자회사)의 구미공장 등에서 탄소섬유 생산이 시작됐다.

그러나 탄소섬유를 활용한 플라스틱의 최대 난점은 가격이다. 비용에 개의치 않는 F1 경기용 차량이나 맥라렌·람보르기니 같은 수퍼카에는 일찌감치 쓰이면서 수퍼 섬유계의 '하이엔드(high-end·기능이 가장 뛰어나고 가격도 비싼 제품)'로 자리매김했지만, 대량생산을 위해선 가격이 내려가야 한다. 효성 관계자는 "탄소섬유 강화플라스틱으로 자동차 부품을 만들 때는 강철의 5배 이상 비용이 발생한다"며 "탄소섬유의 원가를 낮추고, 제작 공정을 수분 내로 줄여 자동화시키는 것이 과제"라고 말했다.

유리섬유를 활용한 강화 열가소성 플라스틱은 강철과 강도가 비슷면서 무게는 20~25% 덜 나간다. 강철 부품 대비 10% 정도 비싸다. 언더커버(엔진 등 차량 하부를 보호하기 위해 씌우는 커버), 고강도 플라스틱 범퍼 빔, 의자 등받이 등에 쓰인다. 유리섬유를 짧게 잘라 무수한 바늘로 쿵쿵 찧어서 엉키게 한 뒤, 범용 플라스틱 수지인 폴리프로필렌(PP)과 결합시켜 딱딱한 시트 형태로 만든다. 이후 오븐에 구워 부품으로 찍어낸다. 한화L&C가 1995년 생산을 시작해 세계시장의 70%를 점유하고 있다. 낮은 압력으로 열성형을 할 수 있는 '저중량 열가소성 플라스틱(LWRT)'은 현대차 신형 제네시스의 언더커버에 적용되기도 했다.