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지구온난화의 주범인 온실가스(Green Gas) 배출량을 줄이기 위해 1997년 12월 교토의정서 “기후변동조약 제3회 조약국회의(COP3)”를 채택한 이후, 생산 및 제조, 운송등에서 발생되는 이산화탄소를 절감하기위한 노력이 이루어지고 있다. .
특히 운송기기등에서 발생되는 이산화탄소 절감과 연료효율을 위해 무게절감을 위한 경량소재의 적용이 기하급수적으로 증가하고 있는데, 그 중 탄소섬유복합재(CFRP)는 중요한 소재부품으로 자동차, 항공기, 재생에너지, 고압용기등에 적용 각광받고 있으며, 점점 더 많은 수의 기존 소재를 대체하고 있다.

탄소섬유는 거의 100% 탄소원자로 구성된 무기섬유로서 “미세한 흑연 결정구조를 가진 섬유상의 탄소물질”을 말한다. 즉, 전구체라 불리는 전 단계 섬유를 소성하여 탄소만을 남기는 방식으로 공업화를 하며 전구체의 종류에 따라 레이온계, Pitch계, PAN계로 분류하는데 PAN계가 압도적으로 많이 사용된다.

탄소섬유는 1969년에 미국의 R. Bacon과 W. A. Schlamon에 의해 최초로 문헌상에서 정의되었다. 이들은 “탄소섬유는 최고 1,000∼1,500℃의 온도에서 열처리한 섬유로서 전구체의 많은 잔류물을 가지고 있으나 흑연섬유는 2,500℃ 이상으로 가열한 것으로 99% 이상의 탄소함량으로 되어 있다”고 정의하였다.

본 보고서에서는 탄소섬유관련 기술동향과 시장동향에 대해 살펴보고자 한다.

1. 서론 1

2. 탄소섬유 2
가. 탄소섬유 정의 2

나. 탄소섬유의 분류 4
1) 탄소화 온도에 의한 분류 4
2) 탄소섬유의 원료물질에 의한 분류 4
3) 탄소섬유의 관용적 분류 5

다. 탄소섬유의 형태 6
1) 연속섬유 6
2) 스테이플 섬유(Staple Fibers) 7
3) 직물류(Fabric) 7

라. 탄소섬유의 특성 8
1) 탄소섬유의 구조 8
2) 탄소섬유의 화학적 조성 9
3) 열적 특성 10
4) 전기적 특성 10

마. 탄소섬유 제조기술 12
1) PAN계 탄소섬유 13
2) 피치(Pitch)계 탄소섬유 15
3) 레이온계 탄소섬유 17
4) 탄소섬유 소재 최근동향 18

바. 탄소섬유 시장동향 19

사. 탄소섬유 정책동향 23
1) 미국 23
2) 유럽 23
3) 일본 24
4) 중국 24
5) 한국 24

3. 탄소복합재 24
가. 복합재료 정의 24

나. 복합재료의 종류 26
1) 입자강화 복합재료 26
2) 섬유강화 복합재료 27
3) 고분자 복합재료 28
4) 금속 복합재료 29
5) 세라믹 복합재료 30

다. 탄소복합재 열가소성수지 제조기술 31
1) 수지 기준 탄소복합재 분류 31
2) 세대별 열가소성 수지 34
3) 제조기술에 따른 열가소성 복합재 37

4. 항공기와 열가소성 복합재 41
가. 항공기 기체와 열가소성 복합재 41

나. 복잡재료 적용 분류 45
1) 재료 특성에 따른 분류 45
2) 섬유 매트릭스 수지 측면에서 검토 46
3) 성형 설비 측면 46
4) 이차 가공 측면에서의 검토 47

다. 적용 사례 49
1) 에어버스(Airbus) 49
2) 보잉 51

라. 기술동향 53
1) DINAMIT 53
2) ALCAS(Advanced Low Cost Aircraft Structures) 72
3) 기업의 열가소성 복합재 기술동향 86

마. 제조 기술 88
1) 현재의 제조 기술 88
2) 미래의 제조 방법 105

5. 결론 109

6. 참고문헌 110