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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 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.

탄소섬유는 성능, 형태, 제조방법 및 출발원료에 따라 다양한 제품이 있다. 탄소섬유 제품도 공업규모로 생산되고 있는 것에서부터 실험실 단계의 것에 이르기까지 매우 다양하다. 또한 고성능 탄소섬유의 섬유다발 굵기는 과거에 필라멘트 수가1,000∼12,000개인 스몰 토우(Small Tow, 혹은 Regular Tow)가 주류를 이루었으나 최근에는 48,000∼320,000인 라지 토우(Large Tow)의 중요성이 증가하고 있다.

탄소섬유는 복합재료의 보강섬유로 발전해왔기 때문에 기계적 성질, 특히 인장강도와 인장탄성률을 이용하여 분류하는 경우가 많다. 일반적으로는 역학적 특성을 토대로 한 분류와 원료에 기초한 분류가 병용되고 있다.

본 2024개정판 보고서에서는 탄소복합재를 포함하여 탄소섬유관련 산업에 대해 전반적인 기술 시장동향을 업데이트 분석하였다.

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 24
1) 미국 24
2) 유럽 24
3) 일본 25
4) 중국 25
5) 한국 25
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
가) 2세대 수지 36
나) 3세대 수지 36
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
가) 열가소성 수지 복합 재료의 적용 현황 49
나) 열가소성 수지 복합 재료의 장점 및 단점 49
다) 향후 방향 50
2) 보잉 51
가) 열가소성 수지 복합 재료의 적용 현황 51
나) 향후방향 52
라. 기술동향 53
1) 글로벌 기술동향 53
가) 탄소섬유 소재의 기술개발 동향 53
나) 저가 탄소섬유 기술개발 동향 53
다) 고성능 탄소섬유 기술개발 동향 55
2) DINAMIT 59
가) 세부연구결과 61
3) ALCAS(Advanced Low Cost Aircraft Structures) 78
가) 성형 법의 연구 85
나) 주익 외판의 설계와 시제제작 88
4) 기업의 열가소성 복합재 기술동향 92
가) Toray (도레이) 92
나) Hexcel (헥셀) 92
다) Premium Aerotec (프리미엄 에어로 테크) 92
라) Solvay (솔베이) 92
마) Teijin (테진) 93
마. 제조 기술 94
1) 현재의 제조 기술 94
가) 열간 성형 기술 97
2) 미래의 제조 방법 111
가) 자동 적층 기술 111
나) 자동 제조 기술 114
5. 결론 115
6. 참고문헌 116