HYOSUNG

지난 해 개봉한 영화 '탑건: 매버릭'은 2022년 글로벌 박스오피스 흥행 2위를 기록하고 겨울왕국을 뛰어넘는 수입을 거두며 전세계에 파일럿 열풍을 일으킨 주역입니다. 공군 파일럿이 보여주는 열정과 전우애와 더불어 다양하게 등장한 5세대 전투기들이 관객들의 눈을 즐겁게 해주었지요. 특히 영화 초반 자신이 담당한 극초음속기의 테스트 성공을 위해 주인공 톰 크루즈가 제멋대로 시험 비행을 강행하며 마하10을 달성하는 모습은 통쾌하며 짜릿하기까지 한 장면입니다.

여기에서 극초음속에 진입해 열손상을 입으면서까지 마하10이라는 엄청난 단위의 속도를 내는 기체에 대한 궁금증이 생깁니다. 도대체 저 비행기는 무엇으로 만들었기에 저렇게 튼튼하면서도 빠르게 날아갈 수가 있을까요?

혹시 탄소섬유가 사용된 것은 아닐까요? 튼튼하면서도 다른 소재보다 훨씬 가벼운 탄소섬유를 전투기에 적용하면 같은 크기의 비행기라도 상대적으로 무게가 줄어들게 됩니다. 따라서 전투기의 속도와 가속 성능을 높여주고 항속거리를 늘릴 수 있다는 전술적인 이점이 있습니다. 또한 전투기에 싣는 폭탄의 탑재중량(폭중량)을 높일 수 있습니다.

아울러 탄소섬유는 내열성이 높아 공기 마찰열에도 잘 버틸 수 있는 장점을 가지고 있습니다. 1,000℃ 이상의 고온의 열처리 공정을 거쳐 생산되기 때문입니다.

 

더 빠르고 더 멀리 날아갈 수 있도록 도와주는 탄소섬유

탄소섬유는 고온의 산화와 탄화 과정을 거친 소성(Tanning)을 통해 만들어진 고결정의 탄소로 이루어진 소재입니다. 높은 강도와 탄성, 우수한 내열성과 내구성을 가지지만 무게는 철의 1/4밖에 되지 않는 뛰어난 물성을 가지고 있습니다.

이것이 바로 최첨단 기술의 집약체인 초고속 비행기를 제조하기 위해 투입되는 다양한 신소재들 가운데 탄소섬유가 가장 눈에 띄는 소재인 이유입니다.

가볍고 튼튼하기 때문에 동체로 제조시 에너지 효율이 높고 연료 사용을 줄여 환경까지 보호하는 탄소섬유, 그 탄소섬유를 독자 개발한 효성첨단소재의 국내 최초의 탄소섬유 탄섬(TANSOME®)은 우리 미래를 더욱 가볍고 안전하게 만들어 줄 꿈의 신소재입니다.

 

 

탄소섬유와 함께 우주 탐험에 한걸음 더 가까이

항공우주 분야에서의 탄소섬유의 역할은 눈부십니다. 이미 오래전부터 우주왕복선, 인공위성에 탄소섬유를 사용할 정도로 항공우주 분야는 탄소섬유가 처음으로 적용된 분야이기 때문이지요. 지금은 현대인의 일상 전반에 유용한 도움을 주고 있는 탄소섬유의 탄생 배경은 조금 슬픕니다. 2차 세계 대전 이후 계속된 냉전 시대 동안 미국과 구소련이 항공우주 개발 경쟁을 하면서 보다 높은 효율성을 가진 소재를 만들기 위해 탄소섬유 개발이 본격화되었기 때문입니다.

이에 따라 제트기 등 다양한 분야의 아이템 제작에도 오래 전부터 탄소섬유를 사용하고 있으며 최근에는 주로 탄소섬유와 알루미늄, 티타늄을 기체에 함께 사용하기도 합니다.

 

 

  

탄소섬유로 더 가볍게 날자

탄소섬유는 많은 산업 영역 중 특히 항공우주 분야에서 두각을 나타내고 있습니다. 내구성을 높이면서 가볍게 만든 비행기는 에너지 효율을 높일 수 있으며, 연료를 적게 사용하고, 보다 무거운 화물을 적재할 수 있기 때문이지요.

그 예로 대표적인 글로벌 여객기 제조사인 보잉과 에어버스는 B787, A350 등 자사의 최신 기종에 탄소섬유 적용을 하고 있고, 그 범위를 점차 확대하고 있습니다.

보잉 787 드림라이너(B787)의 초기 모델은 탄소섬유 재료 비율이 전체의 10% 정도였습니다. 하지만 점차 탄소섬유의 비중을 높여 지금은 B787 전체 중량의 약 50%에 탄소섬유를 사용하고 있습니다. 동체 역시 탄소섬유 복합재료로 제작되었지요. 탄소섬유 사용을 통해 B787은 연료효율을 약 20% 정도 향상시켰습니다.

에어버스 역시 자사의 A380에 핵심 부품을 포함한 동체 중량의 30%에 튼튼하면서도 가벼운 소재인 탄소섬유를 적용하고 있습니다.

뿐만 아니라 항공기로 승객과 화물을 운송하는 미래형 도심 내 교통수단인 도심형항공모빌리티(UAM; Urban Air Mobility)가 2024년부터 미국에서 상용화 될 예정인데요, UAM에도 탄소섬유 적용이 활발하게 진행될 것으로 예상됩니다. 탄소섬유를 사용하면 무게가 가벼워지고, 날개 크기도 감소시킬 수 있어 기체의 전체 중량과 유체저항력을 줄일 수 있기 때문이지요.

정찰 등 군사적 목적과 방송중계와 기상관측 등의 민간 목적으로 사용 가능해 다국적 기업들이 앞다투어 개발중인 태양광 드론에도 경량화를 위해 탄소섬유가 들어갑니다. 2022년 성공적으로 발사된 한국형발사체 누리호에도 탄소섬유가 사용되었습니다.

 

 

철보다 14배 강한 초고강도 탄소섬유가 나왔다?

효성첨단소재의 탄소섬유 탄섬은 가벼운 무게와 높은 강도와 탄성뿐 아니라 열에 잘 버티는 우수한 내열성과 반복적으로 사용해도 기능 저하가 생기지 않는 탁월한 내구성을 갖추고 있습니다. 뿐만 아니라 부식에 강하며 비금속 소재임에도 불구하고 전기와 열전도성을 가지고 있습니다. 인체에 무해하다는 점도 효성 탄소섬유의 장점입니다. 이제까지 인류사에 등장한 그 어떤 섬유와도 차원이 다른 새로운 등장이지요.

꾸준히 탄소섬유의 연구개발을 진행중인 효성첨단소재는 2022년 10월, 인장강도 6.4㎬, 탄성율 295㎬ 이상 수준의 ‘H3065’(T-1000급) 초고강도 탄소섬유 개발에 성공했습니다. 철보다 강도가 10배 이상 높은 기존의 효성 탄섬보다 더욱 강력한 제품인 초고강도 탄소섬유는 철보다 14배 이상 강한 초고강도의 특수 탄소섬유입니다.

효성의 초고강도 특수 탄소섬유와 같은 강도를 가진 T-1000 탄소섬유의 경우 최신 항공기의 동체와 부품을 포함해 우주발사체와 인공위성 등 항공우주 분야에 사용될 정도의 강도를 뽐내고 있습니다.

특히 기존의 우주발사체에 많이 사용되던 알루미늄 보다 더 높은 강도와 탄성, 경량화를 자랑하는 탄소섬유는 발사체의 무게를 줄이면서도 추진력을 높여주고 많은 하중을 견딜 수 있어 항공우주 분야에 더욱 적극적으로 적용될 것으로 예상됩니다.

효성첨단소재 역시 자사의 제품을 적용하기 위한 관련 기술을 활발하게 개발 중입니다. 더욱 강력한 탄소섬유의 탄생 덕분에 우주비행선과 차세대 로켓 등 항공우주 제품에 효성의 탄소섬유가 사용될 날이 멀지 않았습니다.

 

우주를 향해 전진하는 효성의 초고강도 탄소섬유

하늘을 나는 비행기, 도로를 달리는 자동차. 조금 더 빠르고 안전하게 움직이는 이동수단을 만들기 위한 제조업체의 노력은 오늘도 계속됩니다. 연비를 개선하고 에너지 효율을 높이며, 온실가스배출을 줄이기 위해서는 튼튼하면서도 동체의 중량을 가볍게 만드는 탄소섬유의 도입이 꼭 필요합니다.

특히 탄소섬유는 그 기능과 특성상 항공우주 분야와 뗄 수 없는 사이입니다. 그리고 기술력이 높아질수록 항공우주분야에서의 탄소섬유 적용 범위가 넓어질 것이라는 전망은 직접 겪어보지 않아도 자명합니다. 고도화된 특수 기술의 집약체인 항공우주 분야, 그 중심에서 효성의 초고강도 탄소섬유가 누구보다 중요한 역할을 담당하며 인류의 미래인 우주를 향해 전진해 나갈 예정입니다.

효성첨단소재는 우리 삶의 편리함과 안전함뿐 아니라 미래의 인류가 살아가야 할 지구 환경 보호를 위한 탈탄소화의 해결책으로 탄소섬유를 선택했습니다. 강하고 가벼우며 탄성과 내구성이 뛰어난 탄소섬유만큼 탁월한 물성을 가지면서 자연 친화적인 소재는 없기 때문입니다.

효성이 탄소섬유의 국내 최초로 개발이란 쾌거에 만족하지 않고 꾸준히 기술 연구를 진행하는 이유는 탄소섬유로 현대인의 삶의 질을 한단계 업그레이드하고 아울러 미래를 살아갈 우리의 후손에게 더 나은 유산을 물려주기 위함입니다. 대체불가능한 신소재인 탄소섬유가 효성첨단소재의 손에서 더욱 더 발전해 나가는 그날은 우리 가까이에 있습니다.