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[패션저널] 세계 산업용 고기능성섬유 현황과 전망

연구원

2016-07-18

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세계 산업용 고기능성섬유 현황과 전망

미국, 일본 등 선진국 탄소섬유, 아라미드섬유 등 슈퍼섬유 집중 투자

최근 세계 화섬업계(원사,직물)는 산업용 섬유와 고기능성(고성능) 섬유에 투자를 확대하고 있다. 산업용 섬유소재는 자동차, 우주, 항공, 전기, 전자, 토목, 건축, 의료기기, 스포츠, 레저 등의 주요 부품과 제품 생산에 없어서는 안 될 첨단소재로 각광 받고 있다. 고기능성(고성능) 섬유 역시 신흥국, 후발개도국들이 흉내 낼 수 없는 기술주도형 품목이여서 국내 화섬업계가 주력해야할 영역이다.

본지는 창간 19주년 특집으로 세계 산업용 및 고기능성 섬유시장(탄소섬유,아라미드섬유, PBO섬유, 초고분자량PE섬유, 폴리알릴레이트섬유, PPS섬유, 불소섬유)현황과 향후 전망을 시리즈로 게재한다. (편집자주)

▶산업용 및 고기능성 섬유의 정의

산업용섬유(Technical Textile)는 주로 의류산업을 제외한 전 산업의 제품, 공정 및 업무에서 사용할 수 있도록 특별히 디자인 되고 설계된 섬유의 집합체라 할 수 있다. 기존 범용 섬유산업의 기반기술과 IT, BT, NT, ET, ST, CT 등 6T의 융복합 신기술을 결합해 섬유 및 섬유집합체의 제품 등을 종합적으로 지칭한다.

산업용 섬유소재는 자동차, 우주, 항공, 전기, 전자, 토목, 건축, 의료기기, 스포츠, 레저 등의 주요 부품, 제품 생산에 있어서 없어서는 안 될 첨단소재라 할 수 있다.

고기능성(고성능) 섬유는 강도, 탄성률 등 섬유자체의 기본물성이 우수한 것을 지칭한다. 특히, 이 가운데 인장강도와 탄성률이 높은 섬유로 인장강도가 2GPa 이상, 탄성률이 50GPa 이상인 고강도, 고탄성률 섬유를 슈퍼섬유라고 부른다.

고기능성 섬유는 섬유본래의 성능보다도 오히려 특징적인 기능을 발휘하는 섬유로 도전성 섬유와 항균섬유, 더 나아가 광(光)Fiber와 중공사 등도 고기능성 섬유라고 규정할 수 있다.

▶산업용 고기능성 섬유 현황 및 전망

미국, 일본 등 선진 화섬기업들은 중국, 동남아시아 등 후발개도국들의 의류용 섬유 추격 때문에 압도적인 기술적 격차와 경쟁력을 갖고 있는 탄소섬유, 아라미드(Aramid) 섬유, PBO 섬유 등 슈퍼섬유에 집중 투자하고 있다.

또한 최근 환경문제로 주목 받고 있는 폴리유산(乳酸) 섬유, PTT 섬유 등 고기능성(고성능)섬유를 21세기형 사업영역으로 육성하기 위해 생산 확충에도 주력하고 있다.

일본은 PAN(폴리아크릴로니트릴)계 탄소섬유의 전 세계 생산량의 약 70% 이상을 보유하고 있으며, 그 이외 슈퍼섬유에서도 약 40% 정도의 시장을 점유하고 있다.

최근 선진국의 주요 화섬기업들은 폴리에스터(PET)를 중심으로 한 의류용 섬유가 한국, 대만 등 경쟁국과 중국, 인도 등 신흥국의 부각으로 경쟁력에서 밀려 국제시장에서 점차 설자리를 잃어가고 있다.

따라서 일본, 미국 등을 비롯한 선진국들이 중국 등 후발개도국에서 흉내 낼 수 없는 고성능섬유의 생산에 총력을 기울이고 있다.

○ PAN계 탄소섬유

탄소섬유는 1879년 에디슨이 전구의 필라멘트용으로 대나무의 섬유를 탄화한 것이 최초라 할 수 있다. 1950년 이후 항공, 우주용도로 경량, 고강도 재료의 필요성이 높아지면서 레이온(Rayon)계 탄소섬유, 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유(이하 PAN계), Pitch계 탄소섬유가 개발됐다.

현재 주류를 이루고 있는 PAN계 탄소섬유는 1959년 미국의 UCC가 레이온을 주원료로 한 탄소섬유를 공업화한 것에서 시작됐다.

PAN계는 1969년에 영국의 코털즈(Courtaulds)사가 처음 공업화에 성공해 1971년 일본 도레이(Toray/東レ), 1972년 미국 하큐레스, 1973년 일본 토호 테낙스(Toho Tenax/ 구 토호레이온/東邦 Rayon)가 잇따라 상업 생산을 개시한 바 있다.

삼릉레이온(三菱 Rayon)은 1974년경부터 프리프레그의 가공품 사업을 시작했으나, 탄소섬유의 공업화를 본격화한 것은 1983년이었다.

고강력, 고탄성율, 내열, 난연 등의 특징을 지닌 슈퍼섬유는 1970년대에 아라미드 섬유의 상품화가 시작되면서 태동됐다. 1980년대 후반에는 일본계기업을 중심으로 신규참가가 줄을 이었다.

특히, 이러한 고성능섬유의 생산은 유저(User)와 연계한 개발이 필요함은 물론, 고도의 기술이 우선 전제돼야 함으로 2010년까지는 일본과 구미(歐美)의 선진기업에 한정됐으나 이후에는 한국, 중국, 대만, 인도 등의 주요 화섬기업이 신규 사업 참여를 본격화 하고 있다.

탄소섬유 시장은 당초 스포츠, 레저용도를 중심으로 확대되었고 최근에는 산업용도로까지 확대되고 있다. 주 용도는 가볍고 강한 특성을 살려 우주, 스포츠, 레저, 일반산업기기의 구조재료 등으로 사용되고 있다.

소형헬리콥터에는 70~80%, 군용기에는 30~40%, 대형 여객기에는 15~20%의 복합 재료가 사용되고 있다. 2006년 당시 취항한 프랑스 에어버스(Air Bus)사의 A380에는 전체의 약 16%가 탄소 섬유복합소재가 사용돼 기당 약 25톤, 연간으로는 1,250톤의 탄소섬유가 소요된 것으로 알려져 있다.

2008년 취항한 미국 보잉(Boeing)사의 7E7기는 기체중량의 약 50%가 탄소섬유복합소재로 이루어져 있었다. 또한, 자동차용 CNG탱크나 일반자동차의 몸체 부분에도 사용되기 시작해 향후 탄소섬유의 용도확대가 크게 기대되고 있다.

세계 탄소섬유 생산능력은 스포츠용도의 확대에 힘입어 대증설이 이루어졌으나, 지난 미국의 동시다발 테러로 항공기용의 수요가 감소하면서 한때 수급 실조를 보이기도 했다.

그러나 2004년부터는 수급밸런스를 되찾으면서 가격이 서서히 회복경향을 보이고 있다.

향후 항공기, 자동차 등을 비롯해 일반산업용기기의 시장개척이 본격화 될 것으로 전망돼 세계 수요는 2002년 1만 5,000톤에서 2005년에는 2만톤, 2010년에는 3.3만톤, 2014년에는 5.5만톤, 2015년은 6.3만톤으로 성장 한 것으로 추정되고 있다.

셰일가스 용도를 포함한 산업용도의 수요확대, 민간여객기용 고성능제품의 수요확대에 힘입어 탄소섬유 시장은 높은 성장률이 기대되고 있다. 일본, 미국, 서구를 중심으로 한 Global Operation에 의해 환율변동 리스크를 억제하고 있으나, 고가격대 제품은 일본으로부터 수출되기 때문에 단가는 개선될 것으로 보인다. 자동차분야의 일반차량용으로 본격 채용이 머지않아 개시될 전망이며, 산업, 자동차 등 광범위한 분야에서 시장이 확대될 것으로 보인다.

기존 메이커에 의한 저가격화와 한국, 대만, 중국 등을 포함한 신흥국 기업들의 추격으로 인해 단가는 하락경향을 보이고 있으나, 이러한 단가하락이 새로운 수요개척으로 연계돼 시장 확대의 주요인이 되고 있다.

외판 가격대로는 일반적으로 고급품(세섬도 등)이 kg당 30,000~50,000원, 범용품이 kg당 20,000~30,000원대이지만 메이커의 제조코스트도 kg당 2만원대 이하로까지 하락한 제품도 있다.

또한, 수급 갭이 확대된 경우 순간적으로 가격이 붕괴되는 경우도 있다. 장기적으로는 저가격대 경향으로 추이할 가능성이 높다.

○ 아라미드(Aramid)섬유

아라미드(Aramid/芳香族 폴리아미드섬유)섬유는 1974년 미연방거래위원회가 종전의 방향족나일론과 구별하기 위해 Aramid로 명명하면서 태동됐다.

아라미드 섬유는 내열성과 난연성 등을 특징으로 하는 Meta계 Aramid와 고강력과 고탄성률을 특징으로 하는 Para계 Aramid로 크게 구분된다.

Aramid섬유는 코스트와 성능이 밸런스를 지니고 있기 때문에 고성능, 고기 능성 섬유 가운데 가장 생산량이 많을 뿐만 아니라 향후 자동차, 환경, 보호복 등의 분야에서 수요확대가 크게 기대되고 있다.

*[Meta계 아라미드 섬유]

Meta계 Aramid섬유의 기본물성은 범용합섬과 큰 차이는 없으나, 난연성 을 지니고 있어 융점, 분해점, 2차 전이점이 높다. 고온에서도 기계적 특성을 잃지 않는다. 장시간의 열열화가 적다는 등의 특징을 지니고 있다.

난연성에서는 한계산소지수가 높다. 발화점, 인화점이 높다. 연소시의 가스 발생량, 특히, 유독가스의 발생량이 적다는 특성을 지니고 있다.

주 용도는 산업자재와 의류,침장,인테리어로 크게 나눌 수 있다. 산업자재 로는 Bag Filter, 절연재 등의 직물, 항공기용의 모포 및 침구, 의류와 관 련 해서는 소방복, 경찰, 방위관계의 구조복, 방한복, 속옷 등 특징을 살린 분야에서 전개되고 있다.

Meta계 Aramid섬유의 세계 생산능력은 DuPont의 연산 20,900톤, 태화신 소재 얀산 5,600톤, 데이진 테크노프로덕트 연산 2,700톤을 비롯해 총 34,700~35,200톤 규모이다. 최근 대형의 개발이 순조롭게 진행돼 연율 약 4~5%대의 안정적인 성장이 기대되고 있다.

안전방호의류의 수요는 세계 각국에서 확대 기조를 지속할 것으로 전망 된다. 산업용도에 있어서도 인프라 정비에 따른 변압기나 에코카(Ecocar)의 수요 확대에 힘입어 해당품의 수요도 동반 확대될 것으로 예상된다.

2020년경에는 안전방호의류나 산업용도를 중심으로 시장 확대가 진전될 것으로 전망된다. 단, 수량적으로는 소량이지만 전지용 등 신규 용도의 시장이 점차 확대될 것으로 전망된다.

*[Para계 아라미드섬유]

Para계 Aramid섬유는 고강력, 고탄성률을 지니고 있어 인장탄성률에서는 스틸 등과 비교해 손색이 없으나, 탄소섬유에는 미치지 못하고 있다.

용도는 섬유단독 및 Aramid가 주체가 되는 분야와 고무, 수지, 콘크리트 등의 복합재료로 사용되는 보강섬유로 크게 나눌 수 있다.

섬유단독으로는 로프, 네트, 공사용 로프, 성토보강 등 토목 및 건축용, 방탄조끼, 방도의류 등이다. 특이 이 가운데 방탄의류는 뉴욕의 동시다발테러, 중동사태, 최근의 IS테러 등으로 수요가 세계적으로 급증을 보이고 있다.

1990년대 후반부터는 세계적인 IT화의 진전으로 광파이버의 보강재로서 수요가 급격히 확대되고 있다. 이에 따라 미국의 듀폰(DuPont)은 생산설비를 10~15% 증설했으며, 데이진(帝人:Teijin)은 네덜란드의 Twaron사를 매수하고 일본, 네덜란드에서 기존설비의 약 50%에 달하는 규모를 증설한 바 있다. 그 결과 DuPont의 생산설비가 연산 33,100톤으로, 데이진도 28,950톤으로 각각 확대 됐다.

Para계 Aramid섬유의 시장은 ‘01년 36,000톤 규모에서 IT관련 산업의 성장에 힘입어 ‘05년에는 38,000톤으로 확대됐으며, 2010년에는 46,000톤, 2014년은 64,500톤으로 확대돼 연평균 6~7%대의 성장률을 유지하고 있다.

상위 2개사 즉, 미국의 DuPont과 일본의 데이진(帝人:Teijin)이 가격을 인하하고, 가동률을 유지하는 시책을 추진하고 있다.

이전 유럽의 금융위기에 의한 수요 감소는 극히 한정적 수준에 그쳤다. 또한 향후 신규 용도개척을 포함하여 시장 규모는 확대를 지속할 것으로 전망된다. 생산메이커 간 과당경쟁으로 가격은 하락경향을 지속할 것으로 전망된다.

2020년경에는 신흥국들의 수요확대로 연평균성장률(2012~2020년, 수량기준)은 8.7%의 성장이 기대된다. 단, 공급증가로 가격하락은 장기화될 것으로 전망된다.

현재 DuPont이 한국과 중국산 제품을 견제한 가격 정책을 취하고 있으며, 타 사도 이를 따르는 형태로 범용품의 가격하락이 심화되고 있다. 한편, Para계 Aramid 고급품은 kg당 수 십 만원을 호가하고 있다. [PBO섬유, 초고분자량PE섬유, 폴리알릴레이트섬유, PPS섬유, 불소섬유 다음호 계속]

작성자 : 패션저널

출 처 : 2016. 07. 15. 패션저널


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