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8 C.O.V.E.R 창간27주년 기념사 047 황호연_ Ceramic korea 발행인 News in brief 048 Ceramic & Advanced Material News Special_ 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 052 스포츠 융복합 창의세라믹스 개발 동향 심광보_한양대학교 신소재공학부 교수 외1인 057 스포츠용품용 세라믹섬유 김병익_한국세라믹기술원 선임본부장 외5인 070 섬유강화복합소재와 스포츠용품 윤석영_부산대학교 재료공학부 교수 외1인 기획 078 국제첨단세라믹 전시회 ACE 2015 Focus 088 제5회 세라믹코리아 우수집필상 시상식 090 제4회 한국세라믹 골프대회 개최 정책동향 094 나노기술 7대 산업화 전략기술 개발, 올해 1,800억원 투자 Interview 098 재료연구소(KIMS) 김해두 소장 기업 104 세릭SERIC_스스로 보수하는 자기치유기술 상용화 107 나노태_분사형 은( 銀 )나노 코팅 개발 연구개발 110 기초과학연구원 연구진, 피부 부착형 양자점 LED 개발 113 신소재 적층구조로 세계에서 가장 얇은 반도체 소자 실현 가능성 입증 1 ceramic korea

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10 세라미스트광장 116 한국재료학회 춘계학술대회 및 제28회 신소재 심포지엄 문화 119 이달의 신간소개 세라믹라이프 120 화보로 보는 세라믹기술협의회 도자문화협회 문화답사 Solar Technology Brief 124 태양광 해외기술정보 Technology Brief 130 세라믹스 해외기술정보 단신 동정 140 단신 및 동정_취재부 과학터치 141 나노입자의 설계분석과 활용 Patent Information 144 세라믹스 원적외선 특허 공개목록, 내용 세라믹스 자료실 150 신설법인 캘린더 151 이달의 국내외 주요 행사 세라믹스 자료실 152 통 계 도자기류 수출실적(2015년 3월) 시멘트 수요 공급 현황(2015년 3월) 위생도기 업체별 생산 출하 현황(2015년 3월) 위생도기 품목별 생산 출하 현황(2015년 3월) 내장타일 생산업체별 생산 출하현황(2015년 3월) 바닥타일 생산업체별 생산 출하현황(2015년 3월) 유리품목별 생산 출하현황(2015년 3월) 내화벽돌 생산 출하현황(2015년 3월

11 한국화인썸 주식회사

12 광고목록 표지1 _ KCC 표지2 _ 유로산업 표지3 _ 한국내화 표지4 _ ACE2015 AMC 건우 고베스틸 권풍 대한히타 대호CC 동진기연 맥섬석GM 맥테크 백상기계 삼양세라텍 삼원종합기계 삼조실업 삼화제도 세라믹ENG 신명 신성열연 아세아연마 아전가열산업 열전사 발행인 겸 편집인 Publisher 상무이사 CFO Executive Director 편집국 Editorial Dept. 편집국장 Editor in Chief 기자 Editor 디자이너 Designer 마케팅사업부 AD & Event Dept. 부장 Advertising Manager 대리 Assist. Manager 사원 staff 총무부 Managing Dept. 과장 Manager 황호연 Hwang Ho-Yun 서승종 Seo Seung-Jong 서승종 Seo Seung-Jong 주학님 Joo Hak-Nim 여현진 Yeo Hyeon-Jin 문향진 Moon Hyang-Jin 정수경 Jung Soo-Kyeong 박수야 Park Soo-Ya 심미연 Shim Mi-Yeon 박자경 Park Ja-Kyung 박중규 Park Joong-Kyu 이광호 Lee Kwang-Ho 허성희 Heo Seong-Hee 정우석 Jung Woo-Suk 오리엔트 유일테크 전남세라믹산업종합지원센터 진산아이티 케이텍 코스전열 크레퓨 태양애자 통신원 Correspondent. 김왕현 Kim Wang-Hyun (강원TP 세라믹신소재산업클러스터사업단 기획조정팀 책임연구원) 박윤현 Park Youn-Hyun (한국세라믹기술원 기업지원본부 창업보육센터 센터장) 방일환 Bang Il-Hwan (전남TP 세라믹산업종합지원센터 기업육성팀장) 백승우 Baik Seung-Woo (맥테크 부설기술연구소 소장) 이범재 Lee Beom-Jae (대전TP 바이오나노 융합산업본부 기획운영팀장) 출력 및 인쇄 (주)케이피알 인쇄인 김정운 태영전열 퍼유산업 포세라 하이템스 한경Tec 한국세라믹기술원 한국엥기스 한국화인썸 발행처 (주)월간세라믹스 서울특별시 서초구 서초대로40길 42(서초동, 대호B/D 4층) (우) TEL : ~6 FAX : http : //www.cerazine.co.kr 본지는 한국 간행물 윤리위원회의 윤리강령 및 실천요강을 준수한다. 이 책에 실린 어떤내용도 무단으로 복제해서 사용할 수 없습니다. 또한 인터넷 홈페이지에 무단활용을 금합니다. 복제나 활용이 필요시 저작권자와 협의 바랍니다. 해륭 홍경산업

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46 독일 뭔헨 Ceramitec 2015 출품업체 모집안내 (사)한국파인세라믹스협회에서는 대한도자기타일공업협동조합과 공동으로 독일 뭔헨에서 개최되는 Ceramitec 2015 에 아래와 같이 참가하고자 전시 출품업체를 모집합니다. 동 전시회는 1979년부터 독일 뭔헨에서 3년마다 개최되는 세계 최대 규모의 세라믹박람회입니다. 이번 전시회 참가를 통하여 세라믹관련 미래의 첨단 기술정보동향 파악, 신규 바이어 및 아이템 창출로 유럽 시장 등 해외시장 진출을 위한 교두보 확보와 국제 경쟁력강화 및 수출 증대효과를 도모할 수 있는 기회로 활용하시기 바랍니다. 관심 있는 업체의 적극적인 참여를 바랍니다. 1. 전시회명 독일 뭔헨 Ceramitec 개최기간 (화) ~ 10.23(금) 4일간 3. 전시장소 독일 뭔헨 Messe 4. 주요전시품목 - 파인세라믹 생산기술 및 설비 - 세라믹 및 파인세라믹 원료와 원료 가공기술 등 - 첨단 및 파인세라믹 제품, 부품 소재 - 타일 및 위생도기 생산기술 및 설비 - 생활도자기 생산기술 및 설비 - 세라믹 산업의 신기술, 특허제품 등 5. 최근 3년간 개최현황 개최년도 실개최면적 (단위) 참가국수 참가업체수(개사) 참관 바이어수(명) 국내 해외 총계 국내 해외 총계 ,800sqm ,626 16, ,000sqm ,523 14, ,000sqm ,940 21, 년 개최현황 40,000m2(650부스) - 홈페이지 : - 참가국 : 45개국(한국, 독일, 중국, 이탈리아, 러시아, 폴란드 외) - 전시업체수 : 630개(외국업체 : 360개) 년 한국관 출품참가 계획 1) 참가규모 : 12부스(홍보부스 포함) 2) 부스 참가비용 (업체 분담금) : 3,300,000원/1부스 * 추후 확정금액 통보 * 부스임차료, 장치비, 운송료, 홍보비, 통역비 등 부스별 소요예산의 약 50%는 정부예산으로 지원. 3) 신청기간 : (금)까지 * 선착순 접수 4) 문의 및 신청서류 제출기관 - 한국파인세라믹스협회(Tel , Fax ) - 대한도자기타일공업협동조합(Tel , Fax ) 46 ceramic korea

47 창간27주년 기념사 창의소재 개발로 제2의 도약을 Ceramic korea 발행인 황호연 온 나라가 창의소재개발에 혈안이 되어있습니다. 빠르게 변화하는 소비자의 트렌드 와 짧은 라이프싸이클의 글로벌 시장에서 기존소재로는 살아남을 수 없습니다. 현대 정보통신사회에서는 독점정보도 유지하기 어렵습니다. 신개발상품을 출시하자마자 지구 반대편에서 모방품이 유통되는 시대입니다. 기업의 안주는 곧 후퇴입니다. 끊임 없는 재투자로 신제품 개발과 미래먹거리를 창출해야 기업이 성장합니다. 창의소재개발의 중심에는 세라믹스 소재가 있습니다. 세라믹스는 내강성, 내열성, 절연성, 전도성, 반도성, 친화성 등 다른 소재에 없는 특별한 성질이 있습니다. 어떤 소 재와도 융합이 가능한 카멜레온 같은 소재입니다. 원료자체가 지구상에 널려있는 돌 가루로 친환경적이며 인류와 가장 친숙한 재료이기도 합니다. 그동안 알루미나, 지르 코니아 등 첨단세라믹 원료는 전량 수입에 의존했지만 이제 순도 높은 국산원료를 쉽 게 공급받을 수 있게 됐습니다. 한국알루미나, 씨아이에스, 포스하이알, 대한세라믹스 등이 꾸준한 개발로 고순도 원 료를 공급하고 있습니다. 내달 초에 열리는 첨단세라믹전시회에 중국세라믹기업이 대거 출품합니다. 세계1~2위를 달리는 전자산업 등 우리 나라 전방산업을 공략하겠다는 전략이 있습니다. 중국의 저가와 공급 인해전술에는 대적하지 말라는 말이 있습니다. 결국 중국이 따라잡을 수 없는 하이테크 기술개발만이 유일한 대안이라 생각합니다. 이제는 기존의 틀을 과감히 벗 어나야 합니다. 이종산업에도 벽을 허물고 기술교류가 있어야 합니다. 세라믹스의 다양한 특성을 활용하여 창의소재 개발로 제2의 도약을 해야 하는 이유가 바로 여기에 있습니다. 애독자 여러분! 세라믹코리아는 이번 6월호로써 창간 27주년을 맞이하였습니다. 그동안 세라믹코리아는 변화되는 독자욕구에 맞추어 부단한 변신의 노력을 해 왔습니다. 오직 세라믹산업 발전과 세라믹 저변 확대를 위하여 27년을 한결 같이 달려왔습니다. 이러한 공로로 문화체육관광부에서 지정하는 2015년 우수잡지 로 세라믹코리아 가 선정 되었습니다. 이는 우리 세라믹산업의 영광이 아닐 수 없습니다. 그만큼 세라믹에 대한 인식이 높아졌고 인류산업에 중요한 산업이라는 공감대가 형성되었다는 반증이기도 합니다. 세라믹코리아에서는 독자와의 소통과 우수콘텐츠 확보를 위하여 우수집필상 시상과 한국세라믹골프대회를 매년 개최하고 있습니다. 해를 거듭하면서 독자 참여도가 높아가고 있어 명실공히 세라믹계 중요 교류의 장으로 성장하고 있습니다. 그동안 기고해 주신 각계각층의 집필진과 변함없이 광고를 협찬해 주신 광고주 여러분, 늘 애독해 주시고 성원해 주신 독자 여러분께 깊은 감사를 드립니다. 애독자 여러분의 지속적인 성원을 부탁드리며 건강과 행운이 늘 함께하시길 기원합니다. June

48 Ceramic & Advanced Material News 양구군, 한국세라믹기술원과 양구백자 재현 양구군이 여말선초( 麗 末 鮮 初 ) 양구백자의 모 습을 재현하기 위해 노력하고 있다. 양구군은 지난 2006년 6월 27일, 양구백자박물관(방 산면)을 건립, 현재까지 백자박물관을 통해 가마터 발굴과 태토 생산시설 등을 갖추고 조 선시대 양구백자의 모습을 재현하기 위해 한 국세라믹기술원과 공동연구를 진행하고 있 다. 연구를 통해 2011년에는 양구백토가 불 속에서 얼마나 견뎌낼 수 있는지를 연구하기 위한 고강도 실험을 실시해 양구백토는 알루 미나 성분이 적고 규석과 알칼리 성분이 많은 화학 조성으로 유리질 화가 빨리 진행된다는 사실을 밝혀냈고, 유리질 화를 방지하고 뮬라 이트 생성을 촉진해 강도를 증가시키기 위해 알루미나를 첨가하고 알루미나 첨가로 가소 성이 저하되는 것은 벤토나이트를 첨가함으 로써 잡을 수 있다는 결과를 얻었다. 이를 통 해 양구백토를 개질해 새로운 태토를 개발하 기도 했다. 2012년에는 양구백자의 전통 유약 기술을 복 원하는 사업을 공동으로 추진했으며 자작나 무 재유 시험 편이 상무룡리 9호 유물(조선 중기)과 유사하고 뽕나무 재유 시험 편이 칠 전리 1호 유물(조선 후기)과 유사하며, 아카 시아 나무 재유 시험편이 광택과 투명도가 높 은 것을 알아냈다. 또 참나무와 느릅나무 시 험 편이 송현리 5호 가마터(조선 초기)에서 발굴된 유물의 유면과 유사한 것으로 확인됐 다. 2013년에는 14세기 후반부터 시작된 양 구백자 원료 기술 개발을 목적으로 양구백자 의 전통 태토 제조기술 복원 사업을 진행해 양구지역의 각 시기별 유물의 태토를 분석해 시대별 흐름에 따른 양구백자에 대한 데이터 를 구축하고 볼밀, 스탬프밀, 유발, 수비(체가 름) 공정 등 4가지 공정에 대한 초기 원료의 입도 변화를 연구해 시대별 유물 DB화 및 연 관 분석을 통한 조선시대 백토의 제조기술 규 명을 위해 공동 노력을 기울였다. 양구군은 꾸준히 양구백자에 관련된 전시도 진행하고 있다. 양구백자박물관 정두섭 관장 은 일련의 박물관 기획전과 개인전을 꾸준히 반복 진행해 수많은 연구결과가 축적된다면 양구백자의 재현은 물론 제2의 양구백자가 탄생돼 새로운 전성기를 맞이할 수 있을 것으 로 기대한다 고 전했다. 제2회 KICET 대한민국 창업리그 전국예선 공고 한국세라믹기술원 창업보육센터가 지난 5월 15일, (사)창업진흥원에서 주관하는 2015 대한민국 창업리그 운영기관으로 선정되었 다. 작년에 이은 제2회 KICET 대한민국 창 업리그 전국예선 사업공고 는 6월 22일 창업 넷(http://www.startup.go.kr/) 및 한국세 라믹기술원(http://www.kicet.re.kr/) 홈페 이지에서 확인할 수 있으며, 세라믹 관련분 야 사업화 아이템을 보유한 유망한 창업자(업 력 3년 미만)를 선발하기 위한 서류 및 발표 평가를 거쳐 최우수 1인(상금 500만원, 부상 50만원, 전국본선 진출권 부여, 전국본선 최 대상금 1억원)을 선발할 예정이다. 14년에도 대한민국 창업리그 운영기관으로 선정된 바 있는 한국세라믹기술원은 신개념 부속품을 구비한 종합세면기 SET를 아이템 으로 가진 유니바스 서은미 대표를 전국 본 선 슈퍼스타 V 왕중왕전에 진출시켜 7등(창 의상)에 빛나는 수상을 거머쥐었다. 제2회 KICET 대한민국 창업리그 전국예선 운 영기관인 한국세라믹기술원 창업보육센터는 올해 3월 공공기관 이전정책에 따라 경상남 도 진주로 이전을 완료하였으며 현재 입주업 체를 모집중이다. (대회참가 및 입주문의: 이서경(한국세라 믹기술원 창업보육센터, / 국가기술표준원, 현실에 맞는 KS표시 인증심사 기준 만든다 국가기술표준원은 지난 5월 13일 서울 서대 문구 대한도자기타일공업협동조합 회의실에 서 타일 도자기 전문위원회를 개최해 도자 기질 타일(KSL 1001), 본 차이나 식기(KSL 1002) 및 도자기 내열 식기(KSL 1003)의 KS표시 인증심사 기준 개정(안) 을 검토했다. 이날 회의 주제는 도자기질 타일, 본차이나 식기 및 도자기 내열식기의 표준화 일반조건, 시행규칙 검토였다. 특히, 국민 건강을 위협 하는 부적합한 본차이나 식기와 도자기 내열 식기 등이 시중에 유통되지 않도록 제품 시험 결과에 따른 결함구분 이 심도있게 논의됐다. 박완용 에너지환경표준과 사무관은 국가기 술표준원은 지난해부터 KS인증심사기준 운 영 실태조사 및 개선방안 에 대한 연구 용역 을 실시하여 KS인증심사기준에 대한 개정 (안)을 검토 해왔다 며 현실에 맞는 KS인증 심사기준 개정을 통해 국가 품질 경쟁력을 강 화하고 국민들의 신뢰를 받을 수 있도록 하겠 다 고 밝혔다. 주요 개정내용으로는 도자기질 타일, 본차이 나 식기 및 도자기 내열식기의 표준화 일반 조건, 시행규칙 개정 내용을 검토하였고, 특 히 본차이나 식기와 도자기 내열 식기에 관해 서는 국민 건강을 위해 인체의 치명적인 부적 48 ceramic korea

49 Ceramic & Advanced Material News 합한 제품을 시중에서 유통되지 않도록 하는 근거를 마련한 제품시험결과에 따른 결함구 분 항목을 강화될 것으로 보인다. 국가기술표준원은 6월 중 관련 기술심의회 회 의를 개최하고 KS인증 심사기준 개정 공고 를 할 예정이다. 한편 이 날 회의엔 김기수 한 국도자기 중앙연구소 차장의 타일 및 도자기 전문 위원회 위원 위촉식도 함께 거행됐다. 태영전열, 열설비 설계 상담 전문 법인 토탈전기시스템 설립 히터 전문 제작업체인 태영전열(대표 윤태 영)이 각종 열설비 설계, 상담제작전문 법인 인 토탈열기시스템을 설립하고 지난달 8일 매장 개업식을 열었다. 2013년 설립된 태양 전열 은 밴드히터, 주물히터, 세라믹히터, 열 풍기 등 전열 제품을 제조하는 기업이다. 이 번 토탈열기시스템 설립으로 태양전열은 전열제품 설계와 설비 분야까지 사업을 확장 한다는 방침이다. 토탈열기시스템 매장은 경기도 부천시 오정구 수도로 125에 위치해 있다. 문의사항은 ~1로 문 의하면 된다. 모에 포항테크노파크 경북SW융합사업단, 구 미시, 포항시, 벡셀 등과 컨소시엄을 구성해 참여한 결과, 전국 19개 SW진흥기관에서 제 안해 선정된 5개 과제 중 하나로 선정됐다. 경상북도가 선정된 과제는 실시간 데이터 특성 및 조회패턴 기반 에너지 저장 시스템 (ESS) 장기 신뢰성 예측 알고리즘 개발 이다. 리튬 이차전지의 성능을 분석해 수명이 다하 기 전에 교체를 유도, 폭발을 사전에 예방하 는 기술이다. 경상북도는 올해부터 내년까지 2년간 국비 6억원을 포함해 총 13억2천만원 을 지원받아 배터리 실시간 가스 분석 배 터리 센서 및 알고리즘 개발 단위전지, 모 듈 및 팩 시스템 개발 등에 나선다. 이를 통해 태양광 가로등용 이차전지 팩을 개 발하고 대규모 아파트 단지를 대상으로 상용 화할 계획이다. 향후 차세대 연료전지 자동 차, 휴대폰, ESS 등 다양한 제품에도 적용할 계획이다. 도는 배터리팩이 상용화 될 경우, 에너지 20% 절감, 매출 증대 및 직간접 고용 창출은 물론, 관련 제품의 국산화와 해외진출 까지 기대하고 있다. 감정변화 읽어내는 피부 부착형 센서 개발 난달 4일, 외부 힘에 쉽게 변형되는 단일벽탄 소나노튜브(SWCNT)를 높은 전도성을 띠는 투명한 고분자 탄성체(PEDOT:PSS) 사이에 배치한 샌드위치 구조의 센서 통해 인간의 감 정 변화를 읽는 데 성공했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 나노과학 학술지 ACS 나노 온라인판에 게 재되었다. 이 교수팀은 패치형 센서를 사람의 입 주변이나 이마, 눈 아래 등에 붙여 표정이 변할 때 근육 움직임을 측정해 웃거나 우는 감정을 구별하고 눈동자가 움직이는 방향까 지 정확하게 읽어냈다. 센서는 전도성 고분자 탄성체 사이에 단일벽탄소나노튜브를 배치한 샌드위치 구조물을 투명하고 신축성이 뛰어 난 고분자(PDMS) 기판 위에 부착한 것이다. 샌드위치 중간층의 단일벽탄소나노튜브는 전 도성 고분자 탄성체와 전기적으로 연결돼 있 어 얼굴 표정이 변할 때 변형이 생기면 저항 이 민감하게 바뀌는 성질을 갖는다. 이내응 교수는 센서를 사물인터넷(IoT) 소자에 적 용하면 신체 근육 퇴화로 얼굴 근육을 이용해 소통하는 환자에게 도움을 줄 수 있을 것 이 라고 연구 목적을 밝혔다. 제7차 화학연합포럼 개최 경상북도, 리튬이온 배터리 수명예측 기술개발 돌입 경북상북도가 미래창조과학부와 정보통신산 업진흥원에서 공모한 2015~2016년 지역 SW융합제품 상용화 지원 사업에 최종 선정됐 다고 지난달, 6일 밝혔다. 경상북도는 이번 공 성균관대 신소재공학부 이내응 교수팀이 지 지난 달 20일, 서울시 중구에 위치한 프레지 던트 호텔에서 한국화학관련연합회 주최로 제7차 화학연합포럼 이 개최됐다. 이번 행사 에는 한국화학관련학회연합회 현 회장인 강 한영 충북대학교 교수, 재료연구소 김해두 소 June

50 Ceramic & Advanced Material News 장, 한국세라믹학회 김형준 서울대학교 교 수 등 화학 관련업계 산 학 연 전문가 30 여 명이 참석했다. 이 날 행사에는 IUPAC의 전회장을 역임했던 진정일 고려대학교 KU- KIST융합대학원 석좌교수의 IUPAC의 조직 과 세계적 역할 이라는 초청특강으로 진행됐 다. 주로 IUPAC의 조직구성, 역할에 대하여 특강이 진행되었다. 진정일 석좌교수는 화학 관련 산 학 연 전문가들이 IUPAC에서 자 유롭게 활동할 수 있도록 화학관련학회들이 서로 협력해야 한다 면서 특히, 젊은 연구자 들이 IUPAC에서 진행하는 논문 대회에 참가 하여 좋은 결과를 낼 수 있도록 독려하고 지 원해야 한다 고 전했다. 국내 연구진, 세계 처음으로 태양전지 효율 20% 높여 석상일 한국화학연구원 박사팀이 화학분자 교 환법 이라는 제조 공정 을 개발해 태양광을 더 효과적으로 흡수하는 고품질 박막을 만들었 다. 연구팀은 2012년부터 무기물과 유기물 을 화학적으로 합성한 태양전지 소재 연구를 진행해 왔고, 지난 1월 광전변환 효율 18.4% 와 공식 인증 효율 17.9%를 기록하며 기존 페로브스카이트 태양전지보다 높은 효율을 달성한 성과를 네이처에 발표한 바 있다. 이번 연구엔 지난 성과보다 효율을 더 높이 기 위해 새로운 제조 공정을 적용했다. 화학 분자 교환법은 서로 다른 화학분자가 순간적 으로 교환되는 공정으로, 결함이 적고 결정성 이 우수한 화학물질을 제조하는 방법이다. 용 액공정을 이용해 대규모로 제작할 수 있는 장 점이 있는 공정이다. 이 공정을 통해 제작한 태양전지는 상용화된 실리콘 태양전지와 비 슷한 에너지 변환효율 20.1%를 나타냈으며 미국 재생에너지연구소(NREL)에서 공식 인 증 받았다. 연구결과는 세계 최고 권위의 학 술지 중 하나인 사이언스(Science) 익스프레 스(Express)판에 게재되며, 향후 온라인판과 저널에도 게재될 예정이다. 네패스 신소재, TV 백라이트유닛 소재 종 국산화 국내 반도체 발광다이오드(LED) 소재업체 네패스신소재(대표 홍학표)가 TV 백라이트 유닛용 LED 바 모듈 제조에 필요한 접착제와 방열시트, 기판용 반사잉크, 봉지 렌즈 등 소 재 제품군을 국산화했다. 제품군에 포함된 회로 보호 절연층을 형성하 고 빛 반사율을 높이는 화이트 사진현상형 (PSR) 잉크 중 고반사율 소재는 일본 세키스 이화학에서 전량 수입한다. 해당 제품은 일본 소재에 비해 열안정성이 뛰어나고 변색 정도 가 낮아 대체 효과가 클 것으로 예상된다. 해 외 반응도 긍정적이다. 자체 개발한 고반사율 화이트 에폭시 몰딩 컴파운드(WEMC)를 적 용한 LED 모듈을 최근 중국 고객사 승인 받 아 초도 납품했다. 네패스신소재는 국내 고객 사 대상 제품 판매를 확대하고 중국 등 해외 로 사업 영역을 넓힐 계획이다. 재사용할 수 있는 연료전지 촉매 개발 백종범 울산과학기술대 학교(UNIST) 교수팀이 기계화학적 공정으로 안티몬을 그래핀에 입 혀 세계 최초로 재사용 가능한 연료전지 전극 소재를 개발했다. 고성능 연료전지는 친환경 발전장치, 수소자동차 등 그린 산업 핵심으로 꼽힌다. 연료전지는 촉매를 이용해 연료와 산 소 간 화학반응으로 전기 에너지를 생산한다. 기존에 주로 사용하던 촉매 백금은 높은 가격 과 성능 등에 제약이 있었다. UNIST 연구팀은 기계화학적 공정인 볼밀링 을 통해 최초로 준금속 중 하나인 안티몬을 그래핀 가장자리에만 선택적으로 입히고 전 기화학적 활성도를 극대화하는 연료전지용 소재를 개발하는 데 성공했다. 그래핀 결정을 손상하지 않으면서 계속 사용해도 안정적이 고 우수한 산소환원용 촉매 특성을 발현시킬 수 있다는 장점이 있다. 백종범 교수는 준금 속인 안티몬을 그래핀에 쉽게 도입할 수 있게 돼 완전히 새로운 특성을 가진 그래핀 제조 가 가능해졌고, 보다 다양한 분야로 상용화할 수 있는 가능성을 열었다 며 이 기술이 포함 된 그래핀 대량생산 기술은 지역기업인 덕양 에 이전해 양산 준비 중으로, 지역산업 발전 과 국가산업용 원천소재 공급에 기여할 것으 로 기대된다 고 밝혔다. LG 실트론, 엔저현상으로 1분기 영업 적자 LG그룹의 반도체 소재 관련 계열사인 LG실 트론올 1분기 매출액 1945억원, 영업적자 141억원을 기록했다. 지난해 같은 기간(221 억원 적자)에 비해 영업적자 폭은 다소 줄 었지만 매출액(2014년1분기 2147억원)도 9.4% 줄어 실적이 안 좋아졌다. 전문가들은 LG실트론의 부진을 반도체용 웨 이퍼 시장의 공급초과 상황으로 보고 있다. 반도체용 웨이퍼 업체 간 경쟁이 치열해져 그 만큼 판매가도 떨어지고 있다. 전자기기의 모 바일화와 사물인터넷(IoT) 확산 등으로 반도 체 수요는 계속 늘겠지만 단기간 내 급격한 수요 증가를 기대하기 어렵다는 점에서 공급 초과 현상이 당장 해소될 조짐도 보이지 않 는 상황이다. 이 와중에 경쟁업체인 일본 업 체들이 엔저 효과를 등에 업고 경쟁력을 높인 50 ceramic korea

51 Ceramic & Advanced Material News 게 LG실트론에 악재가 됐다. LG실트론 관계 자는 반도체 웨이퍼 산업은 전형적인 과점 시장으로 선발업체 상위 2개사인 일본 신에 츠(Shin-Etsu)와 섬코(Sumco)가 엔저 효과 등으로 올해 역시 높은 시장점유율을 차지할 것으로 예상한다 고 밝혔다. LG실트론은 기술력과 생산성을 최대한 끌어 올려 대응한다는 계획이다. LG실트론 관계자 는 웨이퍼 품질과 기술을 고도화하고 제품 포트폴리오를 다변화할 것 이라며 생산성 극 대화를 통한 차별적 원가경쟁력을 확보하기 위한 노력도 지속하고 있다 고 전했다. 온도 변화로 반도체 도체 넘나드는 신소재 개발 미래창조과학부가 기초과학연구원(IBS)의 나 노구조물리연구단 연구팀과 성균관대, 한국 과학기술원(KAIST)이 공동으로 섭씨 15도 정도의 상온에서는 반도체 상태였다가 섭씨 500도 이상의 열을 가한 후 다시 상온으로 온 도를 낮추면 도체 상태로 바뀌는 2차원 층상 구조의 다이텔레륨몰리브데늄(MoTe2) 을 개발했다고 밝혔다. 개발된 다이텔레륨몰리브데늄 두께는 성인 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 0.8nm 로 매우 얇고 투명하다. 일반적으로 반도체를 제작하려면 반도체와 도체(금속)를 접합해야 하기 때문에 제작공정이 복잡하고 비용도 많 이 든다. 이번에 개발한 신소재를 활용하면 단일물질만으로도 반도체 소자를 만들 수 있 어 제작공정을 훨씬 단축할 수 있을 뿐만 아 니라 비용과 시간도 크게 절감할 수 있을 것 으로 기대된다. 또 이 물질은 전기적 광학적 성질이 뛰어나 투명 디스플레이나 몸에 착용 할 수 있는 차세대 전자기기 소재 등 다양한 분야에서 응용이 가능할 전망이다. 다만 상용 화하려면 실리콘 반도체 웨이퍼처럼 넓게 제 작하거나 표면에 얇은 막을 입히는 등 표면가 공 기술에 대한 후속 연구가 필요하다고 연구 진은 설명했다. 연구를 주도한 양희준 IBS 나 노구조물리연구단 연구위원은 2차원 단일 소재에서 반도체-금속 물성 제어를 최초로 구현한 성과 라며 5년 안에 반도체 산업 전 반에 응용 가능한 소자를 개발하는 것이 궁극 적인 목표 라 전했다. 신재생에너지학회, 이번 달 11일 춘계학술대회 개최 한국신재생에너지학회(회장 윤형기)가 이번 달 11일부터 12일까지, 부산 해운대 그랜드 호텔에서 2015년 춘계학술대회 를 연다. 올 해 학술대회에서는 발전용 연료전지, 중 대 수력, 수열에너지, 바이오연료, 에너지 자립 섬 등 다양한 주제를 두고 심도 깊은 발표가 있을 예정이다. 포스코에너지와 두산 연료전 지 R&D 책임자가 발전용 연료전지 개발에 대한 동향을 소개하고 미래 저탄소기술인 청 정석탄기술(CCT)과 이산화탄소 포집저장기 술(CCS) 개발에 대한 국제 세미나가 열릴 예 정이다. 국내에서 접하기 힘들었던 중 대수 력 발전설비의 기술 개발과 국산화를 주제로 한 세미나도 마련됐다. 에너지기술연구원과 에너지경제연구원은 공동으로 국내 보급정책 과 밀접한 국내 신재생에너지 잠재량 산정 결 과를 발표한다. 정책분야에서는 신재생에너 지연료혼합의무제도(RFS)시행을 앞두고 바 이오연료산업 전략과 제도적 과제 에 대한 세 미나가 열린다. 최근 신규 신재생원으로 지정 된 수열과 관련해 발전소 배열, 하천수열, 지 하수열, 해수열 등 미활용 수열의 이용을 촉 진하는 기술 세미나도 마련될 예정이다. 신재 생에너지와 에너지저장장치(ESS), 에너지관 리시스템, 지능형전력망 등과 관련된 에너지 자립섬 세미나 를 통해 에너지신산업의 융합 시스템을 살펴보는 시간도 갖는다. 이외에도 특별 세션으로 고체바이오에너지의 발전을 모색하는 자리가 마련됐다. 삼성전기, 필리핀 공장 라인 증설 삼성전기는 필리핀 법인이 신공장 건축 등 에 2880억원을 투자키로 했다고 지난달 11 일 공시했다. 투자기간은 올해 6월부터 내 년 12월까지다. 삼성전기는 이번 투자를 통 해 MLCC 4라인을 증설할 예정이다. 현재 삼 성전기 필리핀 공장은 MLCC 3개 라인을 가 동하고 있다. MLCC는 전자제품의 회로에 전 류가 일정하게 흐르도록 제어하는 핵심부품 으로 휴대폰, LCD TV, 컴퓨터 등에 사용된 다. 콘덴서의 한 종류로 금속판 사이에 전기 를 유도하는 물질을 넣어 전기를 저장했다가 필요에 따라 안정적으로 회로에 공급하는 기 능을 한다. MLCC는 전자제품의 크기가 작아 지고 다양화되면서 최근 수요가 크게 늘고 있 다. 반도체와 함께 산업의 쌀 로 불리며 일반 휴대폰엔 200여개, 스마트폰에는 400여개, LCD TV에는 700여개가 탑재된다. 특히 스 마트폰과 웨어러블 기기의 성장세가 눈에 띄 게 늘면서 MLCC 시장 규모도 커지고 있다. 신공장은 내년 말 가동을 목표로 다음달부터 건설 작업에 들어간다. June

52 Special 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 스포츠 융복합 창의세라믹스 개발 동향 심 광 보_ 한양대학교 신소재공학부 교수 최 봉 암_ 대구대학교 골프산업학과 교수 1. 들어가며 귀에 전달이 될 수 있을까? 하는 조바심에 다음과 같은 저자의 평소 생각을 가동하여 강연에 임하기 창조경제체제를 기반으로 미래 일자리창출 산업을 로 하였다. 육성하기 위해서는 세라믹소재산업을 국가적으로 훌륭한 음악가는 청중에 따라 연주곡목과 연주 육성해야한다는 시대적 요구에 따라, 2014년 4월 기법을 달리 할 수 있어야 한다. 즉, 일방적인 지식 산업통상자원부내 섬유 세라믹과 를 신설하였다. 전달보다는, 함께 느끼고 감동할 수 있는 청중과의 이는 대한민국 정부부처에 세라믹 이란 이름 석 자 소통이 우선적으로 이루어져 야 한다는 것이다. 정 가 최초로 명시된 역사적인 일이라 하겠다. 산 학 부부처 직원들을 위하여 저자는 세라믹이란 전통나 연을 막론하고 세라믹산업에 관련된 모든 사람들은 물반찬, 스파게티 소스, 그리고 커피빈 브랜딩 이라 이제 세라믹 산업이 정부 주도하에 좀 더 짜임새 있 는 황당무계한 개념으로 이해시키고자 하였다. 이 는 전략을 갖추어 체계적으로 발전할 수 있다 는 기 키워드를 다음과 같이 해석하고자 한다. 대감을 갖게 되었다. 이 의미는 어떠한 산업이던지 발전하기 위해서는 인적 물적 자원이 유기적으로 1-1. 세라믹은 전통나물반찬 운용되어져야 하는 데, 그 기반을 갖추게 된 중요한 시점으로 해석된다 전쟁을 치루고 난 대한민국은 정말 먹고 살기 당시 산업통상자원부 소재부품산업정책관 최태원 어려운 환경에서 풀, 나무, 나물 등, 가릴 것 없이 살 국장은 저자에게 관내 임직원들을 대상으로 세라믹 기 위해서 먹으며 생계를 유지하던 시절이 있었다. 이란 제목으로 강연을 요청하면서 직원들의 점심 저자의 기억으로도 소고기 한 근(600g)을 신문지 식사 동안의 시간이므로 졸지 않게 쉽고 흥미롭게 싸서 가까운 친척을 방문했던 기억이 생생하다. 지 강연해 줄 것 을 주문했다. 신소재공학부 1학년에게 금 주변을 둘러보면 먹을거리가 너무나 다양하고 강의하던 세라믹 개론 P/P 발표자료 를 리뷰하면서 풍부하다. 그러나 콜레스테롤 수치를 걱정하면서 세라믹이란 광물을 혹은 합성원료를 고온에서 열처 육류를 기피하며 웰빙식단을 떠올리는 시대에 와있 리하여 딱딱하게 굳힌 비금속 고체 로 강연을 시 다. 웰빙식품이란 단순히 우리 선배들이 어려운 시 작하였을 때, 과연 이러한 표현이 행정공무원들의 절 살기 위해서 먹어야 만 했던 나물반찬이 큰 몫 52 ceramic korea

53 을 차지한다고 볼 수 있다. 소재의 발전사를 보면, 다. 세라믹 소재가 모든 산업분야에서 약방의 감초 구석기-신석기-청동기-철기-(반도체)-X소재의 전 처럼 사용하게 되는 원인은 세라믹이 보유하고 있는 개는 누구나 아는 소재 발전 흐름이다. X 의미는 지 다양하고 독특한 특성을 탑재하고 있기 때문이다. 금 시대에 요구되는 특성을 발현할 수 있는 소재로 즉, 산업이 발달할수록 더욱 더 새로운 특성을 발현 서, 독특하고 다양한 특성을 탑재하고 있는 세라믹 할 구 있는 소재가 요구되는 현실에서 새로운 단일 이 단연 그 역할을 담당하고 있다고 본다. 다시 말 소재를 발굴하기에는 매우 어렵다. 기존에 존재하 하면, 어려운 시절 어쩔 수 없이 먹어 왔던 나물처 는 다양한 소재의 조합에서 새로운 혹은 개선된 특 럼, 지각에서 가장 흔한 세라믹 소재가 구석기시대 성을 발현할 수 있는 가능성을 제공하는 것이 융합 의 기초적인 기술수준에 의존 사용해 왔던 도구들 소재 이다. 그 중심에는 세라믹소재가 최종 특성을 이 이제는 수많은 정제과정을 통하여 첨단신소재로 책임질 해결사 역할을 하고 있다. 마치 커피바리스 진화했다. 나물과 세라믹은 21세기에 없어서는 안 터가 선택한 주된 맛에 책임질 커피원두처럼 될 웰빙 및 산업소재 로서 재탄생함에 있어서 유사 성을 강조하고 싶다. 2. 스포츠산업과 창의융복합세라믹 개발 동향 1-2. 세라믹은 스파게티 소스 2-1. 한국골프산업의 비전 세종문화회관 근처에 가면 조그마한 스파게티 전문 점이 있다. 식사시간에는 스파게티를 먹으려는 사 골프는 아시안게임에서 참가국 중 최고의 성적을 내 람 들이 50m 이상 늘 줄을 서고 있는 모습을 본다. 고 있는 종목이며 2016년에는 리우올림픽에서도 왜 그럴까? 당연히 맛 때문일 것이다. 스파게티의 좋은 성적을 기대할 정도로 한국의 세계적 입지를 맛은 표준화하기 쉬운 면발보다는 주방장의 노하우 알리고 있는 스포츠이다. 이는 국내나 해외에서 활 가 쌓인 소스의 맛으로 평가됨이 분명하다. 그 소 약하고 있는 선수들의 꾸준한 노력과 국민들의 관 스의 맛은 소재에 있어서 물성과 유사하다. 주방장 심, 관련기관 투자의 결과물이며 그 노력의 결과로 의 레스피 노하우로 식객들을 유인할 수 있듯이, 금 세계 곳곳에서 태극기를 흔들며 국위를 빛내는 세 속이나 고분자 소재에 비해 독특하고 다양한 특성 계적인 선수가 많아졌다. 이것은 국위선양도 동반을 을 보유한 세라믹소재는 21세기에 인간이 원하는 하는 것이라서 업종을 뛰어넘는 한국의 모든 산업 산업발달을 책임져야 할 필수적으로 중요한 소재임 의 세계화에도 간접적인 도움이 될 것이다. 은 확실하다 골프장 산업의 변화 1-3. 세라믹은 커피빈 브랜딩 현재 영업 중인 골프장의 438개로 10년 동안 2배 원두커피의 맛은 커피원두를 어떻게 조합하느냐?에 로 증가 하여 한국 골프장 산업의 위기가 왔다고 한 따라 다양한 향을 발현하게 된다. 커피바리스터는 다. 전체 이용객수는 증가 하였으나 골프장 수가 증 이 조합비로부터 나온 맛을 비교할 수 있는 감각을 가하여 골프장 운영의 변화가 시급한 때이다. 골프 배우고, 다양한 계층의 사람들의 맛에 대한 취양에 장은 타 종목의 경기장에 비해 생산효과가 매우 크 맞추어 비즈니스에 적용하는 것이 주요 전문성이라 며 일자리 창출효과와 지역 균등 발전과 국제화, 고 하겠다. 바리스터가 커피원두를 섞어 복을 때는 반 급화, 장기화로 변화하는 국민생활체육에도 기여를 드시 최종적인 향을 책임질 원두가 결정되고, 그 향 하고 있다. 일부 전문가들은 일본을 보며 한국의 골 에 변화를 줄 다른 원두를 부수적으로 혼합하게 된 프장 산업에 우려를 한다. 일본은 빠르게 인구노령 June

54 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 화와 함께 골프장이 위기를 맞았지만 골프산업의 실패는 아 에 업계의 기술개발과 국민들의 관심, 관련기관의 꾸준한 투 니었다. 국내나 해외 골프장의 카트와 잔디관리 장비를 보면 자가 뒷받침 된다면 한국의 골프산업에 큰 성장 동력이 될 것 대부분이 일제이며 패션분야에서도 일본브랜드의 골프웨어 이다. 조만간 태극마크의 선수들이 한국의 골프장비와 골프 가 세계적으로 유명하다. 골프장비 산업에서도 이미 일본은 공으로 세계무대에서 우승하는 일이 당연할 수밖에 없기를 국제화에 성공했기에 골프장 위기의 후면에는 산업의 성장으 꿈꾼다. 로 더 큰 이익을 본 것이다. 필자는 한국 골프장의 위기를 경 영과 마케팅의 변화로 극복을 한다면 새로운 기회가 올 것이 한국의 골프 선수는 기적을 만들었고 라 기대를 해 보기도 한다. 중국에서도 골프의 관심이 높아 골프산업은 성공을 꿈꾼다. 져 제주도 골프장의 구세주가 될 것이란 전망도 있다. 한국에 일본인이 설계한 골프장이 많듯 중국 골프장 설계와 운영에 골프관련의 직업군은 세계적으로 매우 다양하지만 한국은 도 한국인이 중심이 되면 어떨까? 이러한 변화에 발 맞춰 골 선수분야에서는 세계최고다. 이제는 골프가 대중화 되면서 프산업에 대한 국민의 이해와 관심, 관련기관에서의 꾸준한 다양한 업계의 전문가들이 골프에 관심을 가지고 융합으로 투자가 필요하며 전문가 양성도 다양하게 진행되어야 한다. 발전하고 있다. 한 예로 IT와 융합한 골프존은 골프의 종주 국은 영국이지만 스크린골프의 종주국은 한국이라 하고 세 골프공과 장비의 세계화 상에 없는 놀이 라는 스크린골프는 한국의 자랑이라 생각한 다. 다가올 미래에는 선수들만 최고가 아닌 골프산업에서도 국산 골프클럽과 골프공 생산은 1970년대에 내수를 위한 생 한국 최고가 세계 최고 가 되길 기원해 본다. 산보다 수출을 위해 시작했다. 골프공을 보면 낫소가 1976년 국내 처음으로 USGA 공식 테스트에 합격을 하여 국내 골프 2-2. 스포츠 창의융복합소재 개발 대회에 국산골프공이 처음 사용이 되고 이후 1980년대 초에 동성화학(현 팬텀)도 투피스 볼의 개발에 성공하여 1984년 스포츠란 무엇인가? 라는 질문에 비전문가로서 대답이 까다 부산팬텀오픈을 개최했다. 이 대회는 국내 최초의 골프용품 롭지만, 인간이 주어진 환경(스포츠 시설)에서 적합한 도구 업체가 주최한 대회가 되었다. (스포츠용품이나 스포츠의류 등)를 이용하여 놀이하는 것 1990년대 후반 국내시장에 늦게 출발한 볼빅은 2002년부 (play)이라 간단히 말하고 싶다. 이러한 놀이는 인간을 즐겁 터 선수용 골프공을 만들어 11년 만에 이일희가 LPGA에서 게, 건강하게, 혹은 다른 사람과의 경쟁을 유발시켜 인간에게 우승을 했다. 장비에서도 1970년에 퍼시몬 드라이버를 생산 스트레스를 적절히 제공함으로써 삶의 활력 혹은 경기력 향 해 전량 일본 수출을 했고 80년대에 외국브랜드 OEM의 수 상을 유도하여 인간의 삶을 윤택하게 하는 것이다. 출을 하며 내수에 뛰어들지만 국내 골퍼의 외면과 기술의 부 스포츠 용품은 시설에 비해 개인에게 더 중요한 관심대상 족으로 세계적인 브랜드에 밀려버렸다. 하지만 골프 장비산업 이다. 왜냐하면, 용품은 우리와 직접 접촉하던가, 가장 가까 이에서 우리들의 놀이를 도와주기 때문이다. 세라믹소재가 스포츠용품에 어떻게 적용될 수 있을 까? 에 대한 질문에 골 프샤프트 에 대한 사례 연구를 토대로 세라믹소재가 스포츠 용품의 선진화에 어떤 역할을 하고 있는가? 를 피력하고자 한다. 저자는 2014년 문화체육관광부 주관 스포츠산업기술 개발사업 에 첨단소재를 활용한 개인 맞춤형 골프클럽 샤프 트 제조 설계 란 테마를 창의적 연구과제책임자로서 연구수 행하고 있다. 아마추어 골퍼에게 익숙한 Graphite 골프 샤프트는 탄소섬 그림 1. 탄소섬유로 만들어진 골프 샤프트 54 ceramic korea 유를 편직조한 Prepreg를 여러 겹으로 겹친 후 말아서 성형,

55 그림 2. 첨단기술과 소재로 만들어진 다양한 스포츠 용품 그림 3. 최종목표 달성 개념도 약 250 에서 3시간 열처리하여 굳힌 후 가공연마공정을 사하다. 특성평가는 세라믹복합체의 기계적 물성 평가에 기 거쳐 제조한다. 제조된 샤프트는 강도(토크, 내구성), CPM 및 본을 두고 있다. 따라서 첨단 세라믹제조공정을 샤프트 제조 공차 등의 시험 측정을 한 후 시타 분석으로 이어진다. 골프 에 적용하면 새로운 특성의 샤프트 제작이 가능하다는 점이 샤프트의 특성은 weight, flex, torque, bending point 및 본 연구과제 제안동기이다. basalt 섬유를 탄소섬유 대신 전 balance pint 등으로 구별되며, 스윙시 이러한 특성이 복합적 체적으로 혹은 부분적으로 적용하였을 때, 샤프트의 특성이 으로 연계하여 kick-point,볼의 비거리, 볼의 정확성, 볼의 탄 매우 달라짐을 확인 할 수 있었다. 도, 샷의 느낌, 백스핀 현상 등에 영향을 준다. 본 연구과제의 최종 목적은 기성복 대신에 맞춤복으로 입 샤프트 제조공정에서 탄소섬유의 원자배열과 물리적 특성 어 몸에 가장 편안함을 유지하는 것처럼, 기존 샤프트 제조 이 금속이나 고분자와 달리 세라믹과 흡사하다는 점을 고려 공정의 혁신을 이루고자 함이다. 아래 그림이 최종목표 달성 하면 일반적인 세라믹제조공정(원료-성형-소결-가공)과 유 및 개인 맞춤형 샤프트제조 개념도이다. June

56 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 그림 4. 개인 맞춤형 샤프트제조 개념도 이 생겨 종이를 불려서 가압성형하여 제조기술을 개발하다 3. 맺는 말 가 고분자물질로 대체하려는 시도에서 탄생한 물질이 플라 스틱 이다. 이러한 역사적 연구개발 사례를 상기하면 세라믹 골프샤프트 제조기술은 자전거 프레임, 컬링 샤프트, 낚시 을 중심으로 한 스포츠 소재개발의 필요성 및 당위성을 강 대 등 다양한 스포츠용품에 적용되고 있다. 성형기술을 달 조해 본다. 리하면 헬멧, 스키보드, 스노보드, 봅슬레이 썰매 등의 제작 에 적용된다. 탄소/세라믹 섬유 복합체의 성형기술은 스포 츠용품 뿐만, 아니라 건자재, 유독가스 유통관 등 산업 전반 에 걸쳐 응용분야가 무궁무진하다. 이름 하여 스포츠 소재분야는 융합학문연구의 꽃 이라 할 수 있을 정도로 종합적인 학문분야 체계가 필요하지만, 아 쉽게도 국내에서의 스포츠 소재 연구 영역은 매우 미약하 심광보 교수 - 한양대학교 무기재료공학과 학사,석사 - Brunel University of West London 공학박사 - 현재 한양대학교 신소재공학부 교수 - 현재 SCI 등재 JCPR 편집위원장 - 현재 한양대학교 세라믹소재연구소장 - 현재 Hanyang-Osaka CUP 단장 다. 미국, 유럽, 일본 등 소재 선진국들은 이미 소재가 스포 츠 용품을 선도하는 연구개발에 박차를 가하여 글로벌 시 장을 점유하고 있고, 이들 선진국들이 이미 스포츠소재 개 발 발전 장기 전략을 수립하여 진행하고 있다는 점을 상기 하면 우리나라도 이 분야에 대한 대책 마련이 시급하다. 더 욱이 독특하고 다양한 특성을 발현하는 세라믹소재 및 공 정기술이 첨단 스포츠 용품 개발에 가장 중요한 요소임은 말 할 것도 없다. 역사적으로 볼 때, 100여 년 전 영국에서 당구공을 초기에 상아로 제작하여 사용했다. 공급에 차질 56 ceramic korea 최봉암 교수 - 경희대학교 스포츠경영학 체육학박사 - MBCESPN, Jgolf 골프해설위원 - 도하아시안게임 여자골프국가대표팀 감독 - (사)한국대학골프연맹 전무이사 - 현재 대구대학교 스포츠산업학과 학과장

57 Special 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 스포츠용품용 세라믹섬유 김 병 익_ 한국세라믹기술원 선임본부장 임 태 영_ 한국세라믹기술원 광디스플레이소재팀 수석연구원 박 선 민_ 한국세라믹기술원 에너지효율소재팀 수석연구원 조 광 연_ 한국세라믹기술원 나노융합지능소재팀 책임연구원 신 동 근_ 한국세라믹기술원 에너지효율소재팀 선임연구원 윤 지 선_ 한국세라믹기술원 지능형전자부품팀 선임연구원 1. 서 론 기존의 고분자섬유와 탄소섬유와 달리 우수한 성 능과 기능성 부여는 2010년 이후 세라믹섬유가 소 현대의 삶은 양보다 질이 강조되고 있다. 예전과 달 개되면서 현실의 시장에 나타나기 시작되었다. 스포 리 좀 더 편리하고 좀더 유익하고 좀더 친화적인 것 츠카, 오토바이, 경비행기 등 고속조건에서 제동이 을 선호하고 있다. 지향하는 바가 궁극적으로 웰빙 필요한 부분에 최고 1,000 이상에서도 견디는 SiC 으로 귀결되고 있어 이와 관련된 산업이 동시에 발 섬유, 현무암섬유 등이 가능성을 제시하였고 실제로 달하고 있다. StarFire사에서 SiC섬유를 적용한 스포츠카 및 오 특히, 스포츠산업은 현대인들이 보고 즐기는 것 토바이용 브레이크디스크 등이 제시되었다. 또한 탄 에서 참여하고 실행하는 방향으로 변해가고 있음에 성이 중요한 골프채의 경우 현무암섬유를 적용하여 따라 스포츠산업의 성장세가 폭발적으로 증가하고 타구시 그립감 향상과 비거리 증가를 보였다. 있다. 자전거, 테니스, 배드민턴 등 최근 10년 사이에 그리고 압전기능을 보이는 세라믹섬유의 경우 IC/ 폭발적으로 참여인구가 증가하고 있다. 골프는 예전 ICT기술과 융합하여 각종 종목의 라켓에 응용하여 엔 귀족스포츠로 소수가 참여했으나 최근엔 대중적 타구의 세기, 정확도, Sweet Spot 등을 보여주어 운 인 스포츠로 인식되고 있다. 스포츠관련 시장이 폭 동자의 실력향상 등에 도움을 주고 있다. 최근엔 운 발적으로 증가함에 따라 스포츠용품도 질적으로 발 동자의 건강상태를 실시간으로 점검하면서 스포츠 전하고 있다. 최근까지는 대부분 가볍고 강한 것을 에 참여하도록 유도하여 질적으로 향상된 현대인 선호하여 고분자섬유와 고분자바인더를 사용한 복 삶을 누리도록 하고 있다. 합재가 스포츠용품의 소재로 주로 사용되었으나 최 대부분의 스포츠용품은 섬유복합으로 제조되어 근엔 좀더 가볍고 내구성이 향상된 탄소섬유와 고 섬유상을 갖는 모든 세라믹섬유가 적용될 수 있으 분자바인더를 사용한 스포츠용품이 대세를 이루고 나 기본적으로 인장응력이 2.0GPa이상은 되어야 있다. 그리고 최근엔 좀더 우수한 성능과 좀더 기능 복합재로서 기능을 할 수 있어 스포츠용품으로 사 화된 스포츠용품을 선호하게 되었다. 특히, IT/ICT 용되는 세라믹섬유는 유리섬유, 현무암섬유, SiC섬 산업이 발달됨에 따라 스포츠용품에 융합하려는 유, 압전섬유가 대표적이라 할 수 있다. 세라믹섬유 시도가 있었고 시장이 이를 선호하고 있다. 는 복합재 소재로 사용되어 세라믹섬유가 갖는 높 June

58 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 은 기능성이 필요로 한 분야에 대부분 사용되어 왔 다. 지난 20년간 고강도화 고인성화의 기반 기술이 착실히 이루어졌고 최근 나노복합화 및 나노세라 믹 섬유의 개발에 따라서 세라믹 가스터어빈 엔진, 자동차용 구조재료 등에 산업적으로 우선 적용되 어왔다. 이와 더불어 세라믹섬유 복합화에 대한 기 술이 완성됨에 따라 첨단산업분야 이외에 가전, 스 포츠 등에 선순환적으로 사용이 촉발되고 있다. 즉, 산업적으로 가능성이 충분한 분야에 그간 축적된 세라믹섬유 복합화 기술 역량을 적용하여 제품화하 려는 시도가 진행되고 있는 것이다. 세라믹섬유 세계시장은 10년 865억불(95.2조원) 규모에 15년 1,145억불(126조원)로 매년 6% 성장 그림 년 세라믹섬유의 응용분야 세계시장현황 (출처 JEC사 Overview of the worldwide composites industry: ) 하고 있으며 이중 유럽(24%), 미국(37%) 등 선진국 주도의 고품질 고가 시장과 중국 중심의 저가 시장 으로 양분화 되고 있다. 국민총생산(GDP)에 비례 하여 사용량 증가하는 경향을 보이며, GDP 45,000 불의 미국은 9kg/인으로 세라믹섬유 최다 사용국 이다. 특히, 중국시장은 2007년 이후 폭발적 경제발 전으로 매년 15%씩 고속 성장 중이다. 이중 스포츠용 세라믹섬유의 시장은 2007년 5조 원, 2010년 5.9조원규모를 형성하고 있으며 매년 대 략 17%의 높은 성장을 이어오고 있다. 올해 2015년 은 6.8조원의 스포츠용 세라믹섬유 복합재시장을 형성할 것으로 예측되고 있다. 세라믹섬유를 포함 한 섬유복합재는 전체 소재중 15%를 차지, 15년엔 그림 2. 스포츠분야 세라믹섬유의 응용분야 년도별 세계시장현황 (출처 JEC사 Overview of the worldwide composites industry: ) 철(Steel)과 알루미늄을 대체하여 20%까지 대체할 천기술을 가지고 국방용을 시작으로 활용범위를 확 것으로 예상된다. 세라믹섬유는 원천기술을 보유한 대하고 있다. 러 미 일 일부기업들이 독과점체계를 형성하고 있 따라서 본장에서는 스포츠용품용으로 사용되는 다. 대표적인 세라믹섬유의 기술개발현황을 살펴보 대표적인 세라믹섬유(유리섬유, 현무암섬유, SiC섬 면 고기능 유리섬유는 NPO(러) 및 OCF(미) 등 소 유, 압전섬유)에 대한 개요(정의)와 시장현황, 기술 수업체만이 원천기술을 독점하고 있고 현무암섬유 현황, 특성, 스포츠용품 적용사례 및 가능성에 대해 는 KV(러), SG(미)가 독점공급하고 있다. 최근엔 중 서 서술하여 그 가능성을 소개하고자 한다. 국의 GBF사가 기술개발을 시도중에 있다. SiC섬유 는 NP, UBE(일), DC(미)만이 원천기술을 가지고 국 방용으로 독점공급하나 EL품목으로 지정되어 수출 2. 본 론 은 제한된 상태이다. 압전섬유는 미국의 Advanced cerametrics사와 독일의 Smart material사만이 원 58 ceramic korea 2.1 압전섬유

59 2.1.1 압전섬유의 개요(정의) 압전섬유의 기술 및 시장동향 압전 효과는 특정 결정구조를 가진 물질 내에서 기 압전 섬유의 가장 대표적인 예가 미국의 NASA에서 계적-전기적 상태 사이의 상호작용을 통해 나타나 개발한 MFC(Macrofiber composite)이다. MFC이 는 효과로, 해당 재질에 압축 혹은 인장등의 기계적 전의 개발되었던 AFC(Active fiber composite)는 변화를 주면 전기적인 신호가 발생하고, 역으로 전 둥근 fiber를 사용하기 때문에 전극에 접촉 면적이 기적인 신호를 가하면 기계적인 변화가 발생하는 현 감소하여 전계를 PZT fiber에 충분히 전달하지 못 상이다. 하는 단점과 brittle한 fiber를 수작업으로 정렬하고 이러한 특징을 가지는 대표적인 압전 재료는 에폭시 주입 시 발생하는 bubble 발생 때문에 전기 PZT(Pb(Zr0.53Ti0.47)O3)로서, 강유전성, 초전성, 압전 적 결함이 빈발하는 단점을 가졌다. 이러한 AFC 단 성 등 다양한 성질을 가지고 있으며, 강유전성을 이 점을 보완하기위하여 NASA에서 2000년에 MFC를 용한 비휘발성 기억소자, 유전특성을 이용한 이동 개발하였다. MFC는 아래 그림과 같이 평판형 액츄 통신기기의 핵심 소자 부품, 압전성을 이용한 마이 에이터로 polymer matrix에 단방향 piezoceramic 크로 액튜에이터와 가속도 센서, 그리고 초전성을 fibers(pzt 5A)를 가공하여 삽입한 것으로 에칭된 이용한 적외선센서, 적외선 감지소자 등에 널리 이 IDT pattern을 갖는 copper-clad Kapton 필림을 용되고 있다. 이러한 압전 세라믹은 우수한 압전 및 샌드위치 형태로 부착한 구조를 가진다. 유전 특성을 가지고 있어 여러 분야에 널리 사용되 MFC는 layer를 접을 수 있는 flexibility, 진공에 고 있지만, 세라믹의 약한 강도와 곡선형상의 어려 서 고온 성형 가능, DC 고전압을 전극에 인가 가능 움, 벌크 형태로 인한 디바이스 내의 일정 공간을 차 한 특징 및 장점을 가지며, In plane 분극을 통하 지한다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복 여 두께 방향의 폴링을 통한 d31을 사용하는 전통 하기 위하여 압전 나노 섬유 재료에 관한 많은 연구 적인 actuator 보다 d33 압전효과 사용하여 더 강 가 진행되었다. 한 actuation을 얻을 수 있는 장점을 가진다. NASA 압전 나노 섬유는 뛰어난 압전 성능과 휘거나 구 연구팀에서는 이러한 MFC를 적용하여 아래 그림과 부렸을 때 박막에 비해 구조적 손상이 훨씬 덜 하 같이 항공기 날개에 부착하였다. 이렇게 부착한 압 고, 압전 섬유를 연신이 가능한 substrate에 부착하 전 나노 섬유 엑츄에이터를 이용하여 비행기 비행 여 소자를 만들 경우 stretchable 소자 제작도 가능 기 꼬리날개의 진동제어에 적용하였다. 하다는 장점이 있다. 미국 프린스턴대학교에서는 2010년 반도체 나노 선 기반의 발전 소자의 단점을 극복하기 위해 PZT 압전 섬유를 기반으로 한 고출력 나노 발전소자 개 발에 대한 연구 결과를 보고하였다(Xi Chen et al., Nano lett., 10 (2010) ). 전기방사법으로 제조된 PZT 압전성유는 높은 굽힘성과 기계적 강 도를 가지며, 같은 압력이 인가될 경우 산화아연 나 노선 발전 소자보다 훨씬 더 큰 전압과 전력을 얻을 수 있다는 것을 보였다. 미국 버클리캘리포니아주립대학교의 Liwei Lin 그 룹은 압전폴리머(PVDF, poly(vinlyidene fluoride)) 그림 3. 압전섬유 응용 MFC의 구조 개요 (InTech, 2011) 압전섬유를 기반으로 한 고효율 나노 발전소자를 June

60 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 처음으로 선보였다 (C. Chang et al., Nano lett., 10 (2010) ). 폴리머 압전 섬유는 유기 물질로 부터 제작이 가능하므로 낮은 단가로 제작이 가능 하여 경제적일 뿐만아니라 의류 형태로 제작되어 휴 대 가능한 전기 장치를 충전할 수 있는 옷과 무선 감지기의 동력원을 만들 수 있을 것으로 예견되지 만, 낮은 압전 특성의 단점을 가지고 있다. 전기방사법으로 압전 섬유를 제조할 때 노즐과 집 적 전극 사이에 고전압을 걸어주어야 하므로 전기 방사 과정에서 전기 쌍극자 배열이 동시에 일어나기 그림 4. 압전 섬유의 스포츠용품 적용 사례 예시 (http://ceramics.org/learn-about-ceramics/ceramics-in-sports) 때문에 압전 섬유를 제조한 후 부가적인 분극 공정 가 스포츠용품에 적용되었을 경우에는, 스포츠용 이 필요하지 않는 diret-writing이라는 새로운 방법 품에 새로운 기능성이 추가되어, 사용자들에게 새 을 제시함. 로운 편의와 새로운 가치를 제공할 수 있을 것으로 기대된다 스포츠용품 적용사례 및 가능성 2.2 현무암섬유 높은 속도에서 스키와 눈 표면과의 접촉면적이 줄 어들면서 스키는 진동하는 경향이 있다. 이러한 진 현무암섬유의 개요(정의) 동 때문에 안정성이 떨어져 스키를 타면서 속도를 조절한다. Advanced Cerametrics에 의해 개발된 현무암은 휘석, 감람석, 사장석으로 이 현무암을 압전 섬유 복합체가 내장된 스키의 경우, 이렇게 원 1,500 이상의 고온에서 융융하여 장섬유화한 세 하지 않던 진동을 전기 에너지로 전환하였다. 이러 라믹 광물섬유가 현무암섬유이다. 현무암섬유는 내 한 압전 섬유 기술을 6% 이상의 기능성 에지를 보 산성, 내알칼리성, 내수성, 흡음성, 내열성 등이 뛰 장하여, 스키 선수들이 2006년 동계올림픽에서 금 어난 무기섬유로서 현무암 고유의 융융 특성으로 매달 2개와 은메달 1개를 딸 수 있도록 도왔다. 이 인하여 초극사(microfine)로부터 조대섬유(coarse 스키는 타임지에서 선정한 Coolest Products for fiber)에 이르기까지 수 종류의 섬유 생산이 가능하 2002 중 하나로 선정 되었고, The 2003 R&D 100 며, 자체 섬유로도 사용이 가능하지만 타 섬유와도 Award를 수여하였다. 융 복합을 통해 다양한 응용이 가능하다. 특히 원 스키 이외에도 Advanced Cerametrics은 테니스 적외선 방사에 의한 모세혈관 확장, 신진대사 촉진, 라켓 헤드부분에 압전 섬유를 적용하였으며, 공을 피로회복, 음이온 방출, 다량의 미네랄 함유, 체내의 치는 흠이 15%이상 증가되는 것을 보여주었다. 이러 중금속 흡착분해작용, 성인병 예방, 피부질환 치료, 한 압전 세라믹 섬유를 사용한 라켓의 Intelligence, 항균 및 방충, 탈취력 탁월, 정수 및 정화작용 등에 Protector 및 LiquidMetal 라인은 2005/2006 시즌 대한 연구결과가 보고되고 있다. 에 세계에서 가장 만이 판매된 라켓이었다. 이러한 일반적으로 현무암섬유라고 하면 상대적으로 저 라켓을 적용시 테니스 엘보우 (tennis elbow) 통 렴한 공산품인 암석이나 암면(stone wool)을 떠올 증의 경감에 크게 기여한 것으로 보고되어지고 있 릴 수 있으나, 현무암섬유는 유리섬유 및 탄소섬유 다. Protector 라켓은 Tennis Magazine에서 2005 와 경쟁이 가능한 하이테크 섬유이다. 현무암 섬유 Racket of the Year에 선정되었다. 이처럼 압전 섬유 의 생산기술은 舊소련이 군사용 및 항공용으로 개 60 ceramic korea

61 발하던 것에서 시작되었다. 舊소련의 붕괴 직전 관 이용한 섬유제품은 주로 러시아를 중심으로 동유럽 련업체가 사유화되면서 동 제품에 대한 사업화가 국에서 용도에 맞는 기술개발이 많이 이루어졌으나, 지체, 연간 생산량도 1만 톤 이하에 그쳤다. 산업화 측면에서는 미국과 캐나다, 독일, 프랑스, 벨 현무암섬유의 본격적인 산업화는 2006년 오스트 리아 Asamer Group의 자회사인 Asamer Basaltic 기에, 네델란드, 러시아 등에서 중소기업을 중심으 로 산업용으로 다양한 특화가 이루어져 있다. Fiber가 우크라이나 Kiev에 위치한 생산 공장을 인 2000년부터 주로 현무암섬유를 활용한 응용제품 수하면서 시작되어 2009년부터 오스트리아에 신규 에 대한 특허가 다양하게 등록되고 있음을 알 수가 공장 건설을 마무리하고 가동을 개시하고, Asamer 있고, 현무암섬유의 응용 분야에 있어서도 스포츠, Basaltic Fiber는 생산 애로사항을 극복하고 현무 자동차, 항공, 선박, 건축, 토목, 소방, 화학, 신소재 암 원석에서 섬유를 대량생산하기 위해 기술개발 등 다양한 분야로 확대되고 있는 추세이다. 팀을 구성, 개발프로젝트를 진행하고 있으며, 현재 친환경소재인 현무암 섬유의 경우 국내 산업은 아 Vienna University of Technology에서는 연구실 직 시작단계로 최근 유리섬유 및 탄소섬유의 대체 수준의 모노필라멘트 설비를 구축하고 상업생산을 시장으로 부각되고 있으나, 주로 중국 및 우크라이 위한 scale-up에 매진하고 있다. 현무암섬유 산업 나에서 수입에 의존하고 있으며, 응용제품에의 적 의 활성화는 국내에 매장량이 풍부한 현무암을 활 용은 아직 개발단계에 머물러 있다. 용한다는 점에서 원재료 수급이 용이하여, 현무암 섬유 산업의 활성화는 물론 국내 광물자원 이용과 현무암섬유의 기술현황 함께 사양시장으로 분류되고 있는 광물원료시장의 활성화도 이끌 수 있을 것으로 기대할 수 있다. 현재 Basalt fiber를 상업적 대량생산 기업수는 전 세계적으로 몇 군데 되지 않는 실정이다. 러시아의 Suda Glass Fiber Technology, 캐나다의 Albarrie 현무암섬유의 시장현황 사, 미국의 Suda Glass USA (Huston, Txexas)와 현무암 섬유의 탁월한 내열성, 내화학성, 높은 인장 US Basalt Corp., 벨기에의 Basalttex사 정도이다. 강도, 친환경성 등의 이점으로 고품질의 FRP, 내열 그리고 이 Basalt fiber를 이용한 제품을 생산하는 재, 단열재, 내장재 등의 많은 분야에 새로운 수요 곳으로는 미국의 US Cement사가 Basalt fiber강 가 창출 되어 가고 있지만 현무암 섬유의 시장 분석 화 시멘트 콘크리트를, 캐나다의 Fibrex Insulation 에 대한 보고서가 전무한 상태이다. 현무암섬유를 Inc가 Basalt를 이용한 단열재 및 내화재를, 독일 표 1. 국내외 현무암 섬유제조기술 보유회사 국가 회사명 제품 비고 Korea YJC roving, yarn 중국으로 부터 기술이전 요청 받음 Canada Albarrie roving, yarn, fabric filter 전문회사 USA, Russia Sodaglass Fiber Technology roving, mat, fabric, frp rods 미국, 러시아 합작회사 Russia Kamenny Vek roving, fabrics, mesh, non-woven 2002년도 설립, 세계 일류로 인정됨 각종 생산장비 공급, 2002년 본격가동 Ukraine Plant of Insulation Materials roving, fabrics, mats plants, machines Georgia Basalt Products of Georgia roving, fabrics, non-woven mat 구 소련의 지원하 PIM과 함께 성장 Belgium Basaltex roving, fire blocking fabrics, heat insulate. 특수처리 fabric 생산 "suede feel" coating China Gold Basalt Fiber roving, fiber yarn, chopped strand 2003년 설립 러시아 합작 China Jingpo Lake Alkali Proof Basalt roving, yarn, mat 중국 최초공장(2001 설립, 2003년 과기부 지원) June

62 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 그림 5. 세계 현무암 섬유 나라별 공급업체 분포도 의 DBW Advanced Fiber Technologies는 Basalt 암섬유를 적용한 제품개발이라는 기술범주의 특허 geogrid를, 프랑스의 Telateks A. S.사는 multiaxial 내용을 담고 있지만 기초적인 수준이다. 대량생산, Basalt fabric을 생산하는 것으로 알려져 있다. 자동화 등과 같은 경제성 및 생산성을 높이기 위한 미국에서는 Basalt fiber를 주로 워싱턴 주립 대학 핵심기술인 용융방식에 따른 에너지 효율성, 장섬 교의 재료공학과에서 생산방법 및 물성특성에 대 유 제조장치인 부싱의 대용량화에 대한 설계기술, 한 연구가 1977년부터 진행되어 왔다. 현무암섬유 냉각기술, 싸이징 기술 및 온도조절장치 설계기술 를 소량 생산할 수 있는 실험실 규모의 생산 장치를 등과 근본적인 기술개발이 부족한 상태이다. 만들어 연구용 섬유를 생산하고 있으며, 물성을 향 전 세계 현무암 공급업체는 80여개 기업이 있으 상시킬 수 있는 제조방법에 대하여 주로 연구를 진 며, 연간 생산량은 10,000ton 정도를 상회하는 것 행하고 있다. 2002년에는 미국콘크리트협회 주관으 으로 조사되고 있다. 탄소섬유 시장의 경우 연간 생 로 네바다주 라스베가스에 Hightec, Inc.사를 설립 산량이 70,000ton을 상회함으로 아직 현무암섬유 하여 플라스틱 및 콘크리트 보강용 현무암섬유를 시장은 우수한 물성을 응용한 지속적인 제품개발이 생산하는 소규모공장을 건설하여 현무암 장섬유, 요구되는 분야이다. Roving yarn 및 Twisting yarn을 생산하여 플라스 틱 및 콘크리트 보강제품을 개발하고 있는 중이다 현무암섬유의 특성 최근에는 미국의 Marina Presley사에서 텍사스 주 에 러시아 기술을 이용해서 공장을 건설하고 있으 현무암섬유는 스포츠, 운송, 가정, 의료, 건축, 환경 나 소량생산 방식인 배치 식을 사용하고 있다. 등 여러 방면에서 활용도가 높다. 특성과 연결지어 현재까지의 현무암섬유 관련 특허기술 동향은 제 보면 고강도, 친환경성으로 스포츠 부품, 흡음성, 조공정에 대한 개선을 통한 생산방식에 따른 생산 내 진동성, 내구성, 고강도, 친환경 특성을 살린 자 성향상, 기본물성의 개선을 통한 품질향상 및 현무 동차 부품, 카시트, 내장재 등은 물론 가정용 고온 62 ceramic korea

63 그림 6. 평강-철원 용암대지의 발원지 및 현무암 분포 표 2. 국내 현무암 원광의 화학성분 분석 구분 현무암1 현무암2 현무암3 현무암4 현무암5 SiO Al2O Fe2O CaO MgO Na2O TiO K2O Total 자료: 한국세라믹기술원, 표 3. 현무암섬유와 타섬유의 물성 비교 구분 현무암섬유 E-G S2-G 아라미드 카본섬유 인장강도 (MPa) 3000~ ~ ~ ~ ~4400 탄성률 (GPa) ~ ~86 70~ ~ ~2.0 신장률 (%) 3.1~ ~3.6 비중 2.65~ ~ 최고적용온도( ) 용융점( ) NM NM 단열성, 난연성 등의 특성을 지닌 침구 침낭 가구, 이 아니라 강원도 철원지역(분포 : 20km 32km 의료 치과용 인공삽입재 및 경량 보조기구, 친환경 150m 2.9=2784억톤)에도 많은 양의 현무암이 매 적 오일 정수 필터, 경량 건축자재 및 불연 내장재 장되어 있다. 표는 각각 국내 현무암 원광의 화학성 에 이르기까지 쓰이지 않는 분야가 없을 정도이다. 분 분석과 현무암섬유와 타섬유의 물성 비교를 나 현무암은 우리가 익히 알고 있는 제주도 뿐 만 타내었다. June

64 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 스포츠용품 적용사례 및 가능성 한 기타 물성 등이 우수하다고 알려지면서 스포츠 에서 요구하는 물성을 만족하는 우수한 제품개발 현무암 원광만을 이용하여 제조하는 현무암섬유는 이 국내외적으로 개발되어 향후 발전 가능성이 높 앞서 말한 바와 같이 친환경적이면서 강도를 비롯 을 것으로 기대된다. 그림 7. 현무암 섬유의 스포츠 응용제품 (참고자료 : google) 2.3 유리섬유 유리섬유의 개요(정의) 유리섬유는 무기질의 세라믹섬유로써 규사, 알루미 나 등의 원료를 고온에서 용융시킨 후 부싱을 통해 섬유상으로 제조되며, 형상 및 용도에 따라 일반적 으로 보강용으로 활용되는 연속된 섬유형태의 장 섬유와 단열 및 흡음용으로 사용되는 솜형태의 단 섬유로 크게 나누어진다. 또한 섬유를 제조하기 위 한 유리의 원료배합에 따라 화학적 성분을 다양하 게 조절할 수 있기 때문에 조성에 따라 다양한 특 성을 갖는 유리섬유를 제조할 수 있는 장점을 가지 고 있다. 따라서 장섬유유리에 있어서 FRP(Fiber Reinforced Plastic)라고 불리는 섬유보강플라스틱 제품의 경우, 일반생활용품에서 스포츠용품까지 아 래 그림에서 볼 수 있듯이 고기능성 복합재료용으 로도 그 활용이 확대되고 있다. 64 ceramic korea 그림 8. 고기능성 유리섬유의 특성 및 활용분야

65 2.3.2 유리섬유의 시장현황 하 섬유)는 전량 수입에 의존하고 있는데, 두산전자, 삼성, LG, 한국써키트 등의 업체에서 유리 세섬유를 유리섬유는 세라믹섬유 시장에서 가장 큰 시장을 수입하여 제품에 적용하고 있다. 형성하고 있는 섬유소재로서 낮은 단가와 비교적 우수한 물성을 기반으로 오래 전부터 일반 생활용 유리섬유의 기술현황 품, 스포츠용품 부터 전기 전자 산업까지 널리 활 용되고 있으나, 국내 산업 경쟁력은 저가품에 대한 유리섬유는 오래 전 17세기 Rober Hooke의 유리 중국제품의 공세와 고가품에 대한 선진국의 수입 섬유에 대한 실험을 시작으로 1893년에 E. Libbey 공세로 인해 계속 약화되고 있는 추세이다. 가 유리섬유 직물을 만들어 미국 시카고에서 개최 현재 국내 유리섬유 시장규모는 국내생산이 약 5 된 전시회에 출품하여 큰 주목을 받은 것이 시초이 천억 원, 수입이 약 4천7백억 원 규모로서 수입규모 며, 1936년 Owens-Corning Fiberglass社의 전신 가 전체시장의 50%에 달하고 있으며, 특히 최근 5 인 Owens lllinois Glass 社가 세계 최초로 유리섬 년간 수입규모는 매년 10~15%씩 꾸준히 증가되고 유의 생산을 시작한 이후, 1938년 일본의 Nittobo 있는 추세를 나타내고 있다. 국내에서는 E-glass 조 가 일본 최초로 유리섬유의 공업화에 성공하였다. 성을 갖는 범용 유리섬유 복합재료 시장이 전체 유 유리섬유는 자본력을 바탕으로 대규모의 생산/공 리섬유소재 시장의 90%를 차지하고 있고, 국내 생 급구조를 확보할 수 있는 미국이나 일본기업 위주 산업체인 KCC(주)와 한국화이바 등도 일반적인 로 연구개발이 활발히 이루어지고 있으며, 자동차, E-glass 조성의 범용유리섬유만을 생산하고 있으 스포츠, 산업기계, 건축 및 토목자재 등 다양한 분 나 수입의존적인 원재료 수급구조로 인한 원자재 야에 적용되어 개발되고 있다. 가격상승과 고온의 용융공정으로 인한 연료비용 최근 유리섬유는 항공우주, 군수용품 등의 첨단 상승으로 큰 어려움을 겪고 있는 실정이다. 반면, 고 산업으로 그 범위를 넓혀가고 있으며, 환경 친화적 부가가치의 유리섬유소재는 핵심기술 뿐만 아니라 이며 인체 무해한 제품에 대한 전방산업의 니즈가 제조설비, 인력 등의 인프라 부족으로 인해 국내 생 커지면서 이에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있 산량은 거의 없는 것으로 나타나고 있고, 특히 전자 다. 유리섬유의 제조 및 응용을 위한 기술은 아래 재료용(디스플레이, PCB 등) 유리 세섬유(5um 이 의 그림과 같이 조성기술, 용융기술, 섬유화기술, 나 노복합기술, 복합재제조기술로 크게 나누어지며, 특 히 섬유의 직경에 따라 굵기가 가늘수록 고기능성 제품에 많이 활용되며 그 가격으로 인한 부가가치 도 크게 상승하는 것으로 나타나고 있다 유리섬유의 특성 유리섬유는 아래의 표와 같이 그 종류에 따라 각 각 다른 화학조성을 갖고 있으며, 이러한 조성에 따 라 고유한 특성을 나타내기 때문에, 용도에 맞게 유리의 화학적인 조성을 조절하여 제품을 생산하 고 있다. E-Glass는 섬유강화플라스틱(FRP; Fiber 그림 9. 유리섬유의 기술 및 용도별 가격 Reinforced Plastic)이나 스포츠용품외 다른 복합 June

66 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 표 4. 유리섬유의 종류 및 특성 성분 E-Glass C-Glass A-Glass S-Glass Cemfil AR Glass SiO Al2O B2O MgO CaO Na2O K2O Fe2O trace trace trace F LiO ZrO 재료에 널리 사용되고 있으며, C-Glass는 E-Glass 에 비하여 산과 알칼리에 대한 내식성을 강화한 것 으로 납축전지에 주로 사용되며, AR-Glass는 알칼 리에 대한 저항성이 커서 시멘트와 콘크리트의 보 강재로 사용되고 있다. S-Glass는 고강도/고내열성 의 유리로서 고온강도를 필요로 하는 항공용이나 방산용에 활용되고 있다 스포츠용품 적용사례 및 가능성 유리섬유는 복합체 제조를 통해 스포츠 및 레져용 그림 10. 유리섬유 복합재를 이용한 스포츠 및 레져용품 FRP 제품에 널리 사용되고 있는데, 가장 오래전부 터 활용되어 왔던 낚시대 및 텐트용 지지대에서부 경에서는 산화반응으로 인해 그 강도가 급격히 저 터 스키 및 보드용품, 오토바이/자전거용 헬멧 등 하되는 반면 SiC 섬유의 경우 1,200 까지 산화에 은 물론 해양레져용인 요트 및 보트 소재까지 다양 크게 영향을 받지 않기 때문이다. 하게 활용되고 있으며, 향후 스포츠 및 레져 활동의 뿐만 아니라 이 온도에서 크립(creep)에 의한 변 확대에 따라 그 적용 범위 및 시장규모도 크게 확대 형이나 결정입성장/조대화에 의한 섬유의 고온 물성 되리라 예측되고 있다. 저하가 일어나지 않기 때문에 다른 세라믹섬유와도 차별화되는 명실공히 초고온용 세라믹섬유라 할 수 2.4 SiC섬유 있다. 그러나, 1,200 이상에서는 SiC 섬유의 비정 질 기지상의 고온 열분해에 의해 섬유의 물성이 크 SiC섬유의 개요(정의) 게 저하되는데, 우주산업 등 특수목적의 경우 이보 다 더 높은 온도에서 견딜 수 있는 초고온용 섬유 SiC 섬유는 원래 1,200 이상의 높은 온도에서 내 를 요구하고 있어 SiC 섬유의 고온물성을 향상시키 산화성이 요구되는 극한환경용 복합재료의 보강용 는 것이 기술 이슈라 할 수 있다. SiC 섬유의 고온거 소재로서 개발되었다. 이는 비록 탄소섬유가 고강 동에 가장 큰 영향을 미치는 잔존 산소는 주로 폴 도/강성을 갖고 있지만 400 이상의 일반 대기환 리카보실란 원사섬유가 열처리중 녹지 않도록 열산 66 ceramic korea

67 그림 11. 세라믹섬유 복합소재의 응용예 : 스포츠 오토바이 및 자동차용 브레이크 디스크 화(불융화) 처리하는 과정에서 섬유내 혼입이 되며 가하고 있으나 현재 시장이 매우 한정적이며 기술 일부가 섬유방사 또는 원료자체로부터 들어올 가능 장벽이 높고 기술의 확산 자체가 이루어지지 않아 성이 있다. 따라서, SiC 섬유의 고온물성을 개선하기 세라믹섬유 복합소재 기반기술 확보가 시급하며 이 위해서는 원료합성단계부터 정밀산소를 제어하고 를 통해 향후 경쟁에 돌입할 세라믹섬유 복합소재 산소가 필요없는 불융화 방법을 사용 또는 잘 조절 산업에 대비할 필요가 있다. 된 결정화 및 치밀화 공정을 거쳐서 완전결정화 된 SiC 섬유를 제조하는 것이 중요하다. 현재 SiC 섬유 복합체의 주요 타겟은 우주항공 및 에너지, 수송산업에 집중하여 고온 내마찰/내마모 의 특성을 요구하며 이와 더불어 경량화를 통한 에 SiC 섬유의 시장 및 기술현황 너지소비효율 향상 및 수명향상 등을 꽤하고 있다. 특히, 2012년 GE사(지분 25%)와 일본 Nippon 첨단산업을 리드하고 있는 미국이나 일본에서는 이 Carbon(지분 50%), 그리고 Safran 그룹의 Snecma 미 1970년대에 항공우주/군사용 목적으로 개발이 (지분 25%)에서는 joint venture를 만들어 SiC 섬 시작되었고 고성능 SiC 섬유의 양산기술을 확보하 유복합체를 적용한 차세대 항공기 엔진개발에 착수 고 세계시장을 좌우하고 있다. 반면, 후발주자로 우 하였으며 COMAC C919, Airbus A320neo, Boeing 리나라를 포함해 독일, 중국 등이 개발에 박차를 737 MAX 등 narrow-body aircraft에 탑재될 차세 대 LEAP engine에 적용키로 하였다. 또한, Boing 사에서는 GE사를 항공기 엔진 파트 너로 선정하여 차세대 세라믹복합체 엔진 적용계 획을 발표하였다. 자동차를 포함한 철도, 항공기 등 수송기기 산업에 있어서 내마찰/마모의 요구특성 이 지속적으로 높아짐에 따라 기존 brake disc 소 재로 사용되어 왔던 회주철(grey cast iron)의 경우 그 한계가 있어 현재 탄소섬유 강화 세라믹 복합소 재를 이용한 세라믹 brake disc 개발되었다. Porshe 911 GT2 모델에 처음으로 세라믹복합체 brake disc가 적용(2001) 된 이래 기차(ICE1)와 항공기 (Boeing 777)를 비롯하여 엘리베이터 또는 크레인 그림 12. 형상구조 제어를 통해 제조되고 있는 다양한 SiC 섬유 과 같은 emergency 가 요구되는 시스템까지 폭넓 June

68 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 게 적용 및 기술개발이 이루어지고 있다.(그림 11) 조원, 2010년 5.9조원 규모를 형성하고 있으며 매년 그러나, 최근 산업의 고도화의 속도와 이에 따라 산 대략 17%의 높은 성장을 이어오고 있다. 대표적인 업에서 요구하는 소재의 성능수준 또한 크게 높아 세라믹섬유의 제조기술 소수업체만이 원천기술을 지고 있어 향후 세라믹섬유 복합체의 민수 적용이 독점하고 있으나 최근엔 중국 등 시장수요에 맞추 가속화 될 것으로 기대된다. 어 제조기술이 확산되고 있는 추세이다. 압전 섬유는 기계적-전기적 상태 사이의 상호작 스포츠용품 적용사례 및 가능성 용을 통해 나타나는 효과로, 해당 재질에 압축 혹 은 인장 등의 기계적 변화를 주면 전기적인 신호가 스포츠 산업에 있어 가장 큰 규모를 차지하는 분야 발생하고, 역으로 전기적인 신호를 가하면 기계적인 중 하나로 스포츠카, 자전거, 오토바이 산업을 손꼽 변화가 발생하는 특성을 지닌 섬유이다. 이러한 특 을 수 있다. 이러한 산업의 최근 눈에 띄는 트렌드는 성을 이용하여 제조한 스키는 높은 속도에서 스키 기존 금속대비 가벼우면서도 내마찰 내마모특성을 와 눈 표면 접촉에 의해 발생하는 진동을 전기 에너 획기적으로 높일 수 있는 소재의 적용이다. 이러한 지로 전환할 수 있다. 이러한 압전 섬유 응용 스키 관점에서 스포츠카의 엔진파트 또는 브레이크 파트 는 6% 이상의 기능성 에지를 보장하할 수 있다. 타 등 극한 조건에서 내구성이 요구되는 분야에 SiC 섬 임지에서 선정한 Coolest Products for 2002 중 유 복합소재의 적용이 기대된다. 하나로 선정 되었고, The 2003 R&D 100 Award를 이와 더불어 스포츠 산업을 포함한 다양한 민수 수여하였다. 스키 이외에도 테니스 라켓 헤드부분 분야로의 응용확대를 위해 SiC 섬유의 형상제어에 에 압전 섬유를 적용하여 공을 치는 힘이 15%이상 대한 관심이 높아지고 있다. 한국세라믹기술원에서 증가되는 것을 보여주었다. Tennis Magazine에서 는 그간 구축해온 프리세라믹원료 합성기술과 섬유 2005 Racket of the Year에 선정되었다. 화 기술을 바탕으로 SiC 장섬유를 포함해 SiC 나노 현무암섬유는 휘석, 감람석, 사장석으로 이 현무 섬유, SiC 중공사섬유, 다공성 SiC 섬유, 완전결정화 암을 1,500 이상의 고온에서 융융하여 장섬유화 SiC 섬유 등 다양한 형상의 SiC 섬유를 연구하고 있 한 세라믹 광물섬유가 현무암섬유이다. 현무암 고유 다.(그림 2) 이러한 노력을 통해 향후 스포츠 산업 의 융융 특성으로 인하여 초극사(microfine)로부 의 다양한 분야에 SiC 섬유의 응용이 이루어지기를 터 조대섬유(coarse fiber)에 이르기까지 수 종류의 기대한다. 섬유 생산이 가능하다. 타 섬유와 융 복합을 통해 다양한 응용처가 있으며 특히, 원적외선 방사에 의 한 모세혈관 확장, 신진대사 촉진, 피로회복, 음이온 3. 결 론 방출, 다량의 미네랄 함유, 체내의 중금속 흡착분해 작용, 성인병 예방, 피부질환 치료, 항균 및 방충, 탈 대부분의 스포츠용품은 섬유복합으로 제조되어 섬 취력 탁월, 정수 및 정화작용 등에 대한 연구결과가 유상을 갖는 모든 세라믹섬유가 적용될 수 있으나 보고되고 있다. 이러한 친환경적인 특성과 강도를 기본적으로 인장응력이 2.0GPa 이상은 되어야 복 비롯한 기타 기계적물성 등이 우수하여 현무암섬유 합재로서 기능을 할 수 있어 스포츠용품으로 사용 가 적용된 스포츠용품개발이 최근에 국내외적으로 되는 세라믹섬유는 유리섬유, 현무암섬유, SiC섬유, 본격화되고 있다. 향후 발전 가능성이 높을 것으로 압전섬유가 대표적이라 할 수 있다. 세라믹섬유복합 기대된다. 재의 세계시장은 10년 865억불(95.2조원) 규모로 유리섬유는 무기질의 세라믹섬유로써 고온에서 15년 1,145억불(126조원)로 매년 6% 성장하고 있으 용융시켜 섬유상으로 제조되며, 형상 및 용도에 따 며 스포츠용 세라믹섬유복합재의 시장은 2007년 5 라 보강용으로 활용되는 연속된 섬유형태의 장섬유 68 ceramic korea

69 와 단열 및 흡음용으로 사용되는 솜형태의 단섬유 적으로 개발이 시작되었고 양산기술을 확보하고 세 로 크게 나누어진다. 또한 섬유를 제조하기 위한 유 계시장을 좌우하고 있다. 반면, 후발주자로 우리나 리의 원료배합에 따라 화학적 성분을 다양하게 조 라를 포함해 독일, 중국 등이 개발에 박차를 가하 절할 수 있기 때문에 다양한 특성을 가진 유리섬 고 있으나 시장이 제한 적이어서 어려움을 겪고 있 유가 제조되고 있다. 따라서 장섬유유리에 있어서 다. 그래서 최근엔 민수용으로 산업화를 촉진하고 FRP라고 불리는 섬유보강플라스틱제품의 경우, 일 자 하는 노력이 진행되고 있다. 스포츠 산업의 적 반생활 용품에서부터 산업용, 스포츠용품까지 광범 용이 첫 번째로 진행되고 있는데 스포츠카, 자전거, 위한 활용처를 가지고 있다. 가장 오래전부터 활용 오토바이 등을 손꼽을 수 있다. 기존 금속대비 가 되어 왔던 낚시대 및 텐트용 지지대에서 부터 스키 벼우면서도 내마찰 내마모 특성을 획기적으로 높일 및 보드용품, 오토바이/자전거용 헬멧, 해양레져용 수 있어 향후, 스포츠카의 엔진파트 또는 브레이크 인 요트 및 보트 소재까지 다양하게 활용되고 있으 파트 등 극한 조건에서 내구성이 요구되는 분야에 며, 향후 스포츠 및 레져 활동의 확대에 따라 그 적 SiC 섬유 복합소재의 적용이 기대된다. 용 범위 및 시장규모도 크게 확대되리라 예측되고 세라믹섬유의 제조기술은 매년 해를 거듭할수록 발전하고 있어 다양한 형태, 다양한 기능을 가진 세 있다. SiC 섬유는 일반 세라믹섬유와는 달리 고분자인 라믹섬유가 제조되고 있다. 그리고 새로운 기능을 PCS의 용융방사에 의해 섬유화되고 이후 열처리를 적용한 세라믹섬유 복합재는 참살이(웰빙)를 바라 통해 세라믹으로 전환된 섬유를 말한다. 미국이나 는 스포츠분야 용품들의 요구(needs)를 잘 맞추어 일본에서는 이미 1970년대에 항공우주/군사용 목 주어 그 사용이 확대되리라 판단하고 있다. 김병익 박사 - 한양대학교 학사, 석사, 박사 - 현재 한국세라믹기술원 선임연구본부장 임태영 박사 - 한양대학교 학사, 석사, 박사 - 현재 한국세라믹기술원 광디스플레이소재팀 수석연구원 박선민 박사 - 한양대학교 학사, 석사 - 단국대학교 박사 - 현재 한국세라믹기술원 에너지효율소재팀 수석연구원 조광연 박사 - 명지대학교 학사, 석사, 박사 - 현재 한국세라믹기술원 나노융합지능소재팀 책임연구원 신동근 박사 - 한양대학교 학사, 석사, 박사 - 현재 한국세라믹기술원 에너지효율소재팀 선임연구원 윤지선 박사 - 아주대학교 학사 - KAIST 석사, 박사 - 현재 한국세라믹기술원 지능형전자부품팀 선임연구원 June

70 Special 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 섬유강화복합소재와 스포츠용품 김 규 헌_ 부산대학교 재료공학과 석사과정 윤 석 영_ 부산대학교 재료공학부 교수 1. 서 론 을 미치는 것처럼 소재 는 단순한 구성 물질이 아니 라 우리 시대상에도 큰 영향을 미쳐왔다. 실제로도 최근 들어 치열한 경쟁사회 속에서도 건강한 몸과 석기-청동기-철기 등 시대를 구분하는 기준일 정도 마음, 삶의 여유를 찾기 위해 힐링(Healing, 치유) 로 큰 비중을 차지한다. 과학의 발전과 더불어 소재 이라는 키워드가 일상에 스며들기 시작하면서 스포 는 그 조성과 구조에 따라 금속, 세라믹, 폴리머로 츠와 레저, 취미생활 등을 통해 정신적, 육체적 스 크게 구분되었으며, 각각 소재가 갖는 특징적인 기 트레스를 치유하고자 하는 선순환적인 사고가 싹 능과 물성으로 자동차, 광학, 전자 소재 등에서 고 트고 있다. 이러한 움직임 속에서 관심을 받고 있는 유 영역을 형성하며 발달되어왔으나, 개별적인 소재 스포츠와 레저의 종류에 있어서도 헬스, 수영, 조깅 에 대한 연구가 일정 수준에 도달하게 되면서, 그 경 과 같은 전통적 종목에서부터 골프, 테니스, 낚시, 계를 허무는 새로운 개념의 소재에 대한 개발이 주 익스트림, 요가, 캠핑, 아웃도어/수상 스포츠까지 목받기 시작하였고 그 시초가 되는 소재로 복합소 매우 다양해졌다. 이를 재밌고, 또 안전하게 즐기기 재 가 있다. 위하여 스포츠 용품의 조성과 그에 따른 성능에 대 실제로 주변에서 사용되는 스포츠, 레저용품들은 한 관심으로 이어졌고, 조성 연구를 통해 제품개발 복합소재를 활용한 다양한 제품들이 출시 되고 있 에 대한 시도가 많이 이루어지고 있다. 한 예로 자 다. 본고에서는 복합소재 중에서도 섬유강화 복합재 전거의 경우 크로몰리(크롬, 몰리브덴 합금) 프레임, 를 활용한 대표적인 스포츠 용품들에 대하여 소개 카본 프레임, 티타늄 프레임 등의 소재에 대한 수식 하려한다. 어가 아주 일반적으로 사용되고 있으며, 이외에도 카본 낚싯대와 같이 소재가 그 구분이 되는 용품들 2. 복합섬유소재 을 보면, 스포츠 용품에 있어서 재료에 대한 대중들 의 관심과 이해수준이 얼마나 높아졌는지 알 수 있 2.1 복합소재 다. 또한 경제적으로도 큰 시장을 형성하고 있는 실 정이다. 스포츠용품의 소재가 스포츠 산업 전체에 영향 70 ceramic korea 복합소재는 금속, 세라믹, 폴리머 등 서로 다른 종 류의 소재들이 필요에 따라 결합 된 형태의 소재이

71 며, 균일한 matrix 성분에 강하고 단단한 섬유상 요구된다. 따라서 여러 물성 중에 가장 중요한 인자 또는 다른 형태의 입자에 의해 reinforced 재료이 중 하나로 강도 가 있다. 강도만이 절대적인 기준이 다. 사실 오래 전부터 존재해왔으며, 그 시초는 초 될 수는 없으며 필수적으로 수반되는 다른 요구 물 가집의 보온성, 강도 등의 만족을 위해 황토와 볏짚 성들이 있는데, 대표적인 것이 경량성이다. 항공우 을 섞어 만든 황토벽돌이다. 이것이 현대에 이르러 주산업과 같이 경량성이 필수적인 산업분야 이외에 콘크리트와 철골의 복합구조를 이용한 건축으로 대 도 자전거와 같이 스포츠산업, 자동차 산업 등 거 체되고, 이외에도 스포츠용품에서 자동차, 항공우 의 모든 분야에서 경량성은 필수적이며, 그것에 특 주산업까지 다양하게 사용되고 있다. 최근 들어 나 화된 소재가 복합재료이다. 밀도 대비 강도 그래프 노기술의 발전으로 기존의 복합소재에 대한 복합 인 Ashby plot 을 살펴보면, 대부분의 재료는 무게 정의가 나노필러, 하이브리드, alloy 형 복합 등으로 대비 강도에 있어 선형적 관계를 가지는데. 그 중에 확장되고 있다 [그림 1 참조]. 이에 따라 복합소재 서 복합소재의 경우 가벼운 무게에 비해 큰 강도를 를 통해 단일 소재 영역에서는 불가능 했던 솔루션 가지고 있는 것을 확인할 수 있다. 제시가 가능해지고 있다. 대부분의 공학적 구조물은 하중을 견디는 능력이 다음은 복합소재가 가지는 특징을 나열하여 보 면, 복합소재는 구조적 금속 합금소재에 비해 높 은 강도와 강성, 그리고 인성을 제공한다. 특히 금속 에 비해 낮은 무게를 가지기 때문에 결과적으로 철 이나 알루미늄에 비해 다섯 배에 달하는 비 강도와 강성을 가지며, 이것은 전체 구조물을 가볍게 하여 항공우주산업과 같이 weight-critical 장비의 경우 에서 아주 큰 이점으로 작용한다. 한편, 구조물들이 방향에 따라 다른 하중을 받는 경우가 많다. 따라서 방향에 따라 다른 물성 (이방 성)을 갖는 복합재료의 걍우 그 활용도가 매우 효 그림 1. 나노 기술을 통한 복합소재 다각화 [6] 과적이다. 로켓 모터 케이스의 경우에는 수직 방향 으로 2배에 달하는 응력차이를 형성하게 되는데, 복합소재를 사용하여 그 요구에 적합하게 설계할 수 있다. 반복적인 응력에 노출되는 경우 피로 하중이 작 용한다. 이러한 경우에는 임계값에 미치지 못하는 응력 환경에서도 갑작스러운 파괴가 일어날 수 있 다. 복합소재의 경우 다른 합금과 비교하여 우수한 피로저항성을 가지며, 피로에 의한 손상이 나타나 기 때문에 치명적인 결함이나 파괴가 발생하기 전 에 대체 및 보수가 가능하다. 모든 재료들은 감쇠 특성을 가지고 있다. 진동에 의한 기계적 변형 에너지의 일부는 열로써 제거되는 데, 복합재료는 우수한 감쇠 성능을 나타내어 감쇠 그림 2. 밀도 ρ - 강도 σ, Ashby 그래프 [2] 를 통한 충격 완화에 효과적이다. 또한, 복합재료는 June

72 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 마찰에 대하여 윤활처리 강재 못지않은 우수한 내 히 개선하지 못한 생산 비용 문제로 R&D 연구에서 마모 특성을 가진다. 부터 산업으로 적용까지 많은 제한이 있다. 금속, 세 일반적인 철 합금과 다르게 부식에 대한 저항성 라믹 모재 섬유강화복합재는 여전히 개발단계이며, 이 우수하며, 그로인해 일반적으로 예상되는 다양 현재로서는 고분자가 일반적으로 사용된다. 모재와 한 환경 속에서 성능 저하가 적고 우수한 보존력과 섬유에 따른 특징은 다음과 같이 나타난다. 수명을 가진다. 특히, 조립 공정 중 복합재료의 경우 섬유강화 플라스틱은 advanced engineering 공정의 유연성이 높기 때문에, 생산 공정 단순화와 structure의 대부분에 적용되는 복합재로 항공기, 그에 따른 비용절감을 기대할 수 있다. 우주선부터 보트, 배, 자동차, 스포츠용품, 다리와 건축물에 이르기까지 폭넓게 이용되고 있다. 여전 2.2 섬유강화복합재 히 가파른 성장세와 확장되고 있는 영역이 두드러지 며, 최근에는 레진 시스템의 발달과 탄소나노튜브와 두 세기가 넘는 오랜 기간 동안 스포츠 용품부터 같은 강화를 통하여 생체의료장비 등으로 까지 시 항공우주산업까지 섬유강화복합재의 발달에 따른 장을 확장하고 있다. 일반적으로 얻어지는 특징 [표 폭넓고 혁신적인 변화들을 볼 수 있었다. 섬유강화 1]들은 다음과 같다. 복합재 는 균질한 matrix 성분이 강하고 단단한 섬 Higher strength 유성 첨가제에 의해 강화된 재료를 의미하며 모재 Lighter weight 와 섬유에 따라 분류되는데 대표적으로 유리섬유 Higher performance 에 의해 강화된 열경화성 폴리에스터를 나타내는 Longer lasting FRP (fiber-reinforced plastic)가 있다. 모재에 주 Rehabilitating existing structures and 입된 섬유는 하중을 효과적으로 전달하며, 모재는 extending their life 섬유의 마모와 환경적 손상으로부터 보호하는데, Seismic upgrades 이렇게 분리된 고유의 기능으로 섬유강화복합재는 Defense systems 우수한 무게 대비 특성을 제공하게 된다. 금속이나 Space systems 세라믹의 경우 역시 모재로 활용할 수 있으나, 여전 Ocean environments 72 ceramic korea

73 3. 스포츠용품 스포츠용품에 있어서 섬유강화 플라스틱의 사용으 로 얻을 수 있는 장점은 대표적으로 무게 감소, 진 3.1 스포츠용품에서 섬유강화복합재 동 감쇠, 설계 유연성 등이 있다. 섬유강화 복합재는 비교적 높은 가격대를 형성하는데, 그 비용과 상관 스포츠용품에 있어서 복합재, 그 중에서도 섬유강 없이 가벼운 무게와 빠른 속도가 핵심인 모터스포 화복합재의 사용은 비교적 최근에 시작되었다. 그 츠에 있어 필수적인 소재가 되었고, 오늘날 많은 레 것은 오늘날 장비들의 무게 감소, 내구성 향상, 운 이싱 자동차에 카본 섬유강화 에폭시가 사용되고 송 용이성 등 여러 가지 면에서의 개선으로 이어졌 있다. 또한 무게 감소를 통해 레이싱 자동차의 경우 다. 예를 들어 기존 사용되던 나무 소재의 경우에는 이외에 자전거, 카누 등 대부분의 경쟁 스포츠에서 우수한 충격 흡수성을 가지고 있었지만 이방성에 역시 폭넓게 사용되고 있다. 의한 물성의 편차와 높은 흡습성 때문에 나타나는 여러 결점들을 가지고 있었다. 1970년대에 이르러 알루미늄이나 티타늄과 같은 금속이 그 가벼운 무게와 강성률로 스포츠 용품에 많이 활용되기 시작했다. 그러나 알루미늄은 피로한 계응력이 없어 작은 응력으로도 큰 피로 영향을 나 타내었다. 결과적으로 유리/에폭시 또는 유리/카본 등의 다른 복합소재가 금속을 대체하기 시작하였 다. 이러한 복합소재는 높은 강성률과 피로강도, 금 속에 비하여 높은 감쇠율을 제공하였다. 스포츠용 품에서의 복합소재의 사용은 무게 감소를 위하여, 우선적으로 양궁 활과 장대높이뛰기의 경우, 무 또는 충격저항성, 에너지 손실 최소화 등 각각의 용 게 대비 높은 강성을 가지는 섬유강화복합재의 사 도에 따라 자전거 프레임, 테니스 라켓 등 다양한 용으로 화살이 더 먼 거리를 날아갈 수 있도록, 높 분야에서 활용되게 되었다. 이처럼 섬유강화복합재 이뛰기 선수가 더 높게 뛸 수 있도록 도와준다. 유 는 스포츠용품에서 이미 뿌리 깊게 자리 잡고 있으 리 섬유강화 에폭시는 나무나 알루미늄 합금에 비 며, 그 종류와 특징에 대해 알아보려한다. 하여 높은 변형 에너지 저장율을 가져 장대높이뛰 기에서 사용되며 6m 이상의 높은 점프를 가능하게 한다. 좋은 장대는 높은 한계탄성응력과 높은 강성 3.2. 적용 사례 을 가져 구부러진 장대의 변형 에너지가 다시 수직 (a) (b) (c) 그림 3. 활의 변천사 및 장대 높이 뛰기용 장대의 유연성 (a) 나무로 만들어진 고대 메소포타미야인의 활, (b) 섬유복합소재를 활용한 현대인의 활, (c) 장대 [Image from Google] June

74 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 의 형태로 회복될 수 있어야한다. 장대의 구부러짐 과 복원력을 통하여 에너지를 전달하기 때문에 어 떤 소성변형이나 파괴가 발생해선 안 되며, 그래서 카본 섬유 강화 에폭시는 변형에 취약하여 사용되 지 않는다. 한편 테니스에 있어 라켓은 초기에는 나 무로 제작되다 가볍고 탄성력이 좋은 graphite 소재 로 전환되어 이미 많이 공급되어 왔다. 하지만, 최근 들어 테니스 운동자들에서 야기되는 손목의 손상 을 줄이기 위하여 라켓의 손잡이 부분에 진동 감쇠 특성을 갖는 압전소자 (piezoelectric materials)를 그림 4. 손목의 충격을 완화 시켜 주는 압전소자를 포함한 섬유소재로 만들어진 테니스 라켓 [Image from Google] 포함하는 섬유복합소재를 사용하여 테니스나 라켓 볼 게임에 있어 사용자의 팔에 전달되는 충격을 완 화시켜주며, 공에 대해 더욱 높은 민감성을 제공하 고 잇다. [그림 4 참조] 한편, 최근 들어 개발된 탄소재료 중 하나인 graphene은 2차원 구조를 가진 재료로 유연성 및 우수한 기계적 특성을 가지고 있어 다양한 분야에 응용이 가능하며 테니스 라켓 소재로도 응용이 가 시화 되고 있으나 가격적인 면에서 좀 더 연구가 진 행되고 있다. 그림 5는 graphene을 적용한 테니스 라켓의 모식도이다. 최근 들어 이산화탄소 배출량을 극소화함과 동시 에 건강에 유익한 자전거를 이용하여 출퇴근하는 그림 5. graphene을 사용하여 만든 테니스 라켓과 그 장점. [Image from Google] 사람과 주말을 이용한 하이킹 모임이 활발히 이루 의 경우 항공기소재로 사용되는 티타늄소재로 만들 어지고 있다. 자전거는 초창기 강 (steel)으로 만들 고 있으나, 가격이 너무 고가로 아직 대중화 되고 있 어졌으며, 아직까지 만들어 사용되고 있다. 하지만, 지 않은 실정이다. 강으로 만들어진 자전거의 무게가 kg으로 다 우리나라 동호회중 가장 많은 회원을 확보하고 있 소 무거워 어린아이, 노약자 그리고 먼 거리를 운행 는 낚시는 오랜 역사를 가지고 있다. 낚시를 위한 하는 경우 체력소모가 많은 단점을 가지고 있다. 이 낚싯대는 길고 유연성을 가져야 한다. 낚싯대의 역 와 같은 단점을 보완하고 특수 목적에 부합되게 다 사를 보면, 제1세대 - 대나무 낚싯대로 우리나라 양한 소재를 이용하여 자전거 프레임을 만들고 있 와 같이 대나무가 자생하는 온대지역에서는 대나무 는 실정이다. 가 낚싯대의 소재로 가장 적합했으므로 주로 대나 표 3에서 볼 수 있듯이, 강으로 만든 자전거와 비 무를 낚싯대로 활용했다. 제2세대 - 글라스 낚싯대 교하여 섬유강화 복합재로 만든 경우 최대인장강 로 1960년대 후반 유리섬유 소재의 글라스 낚싯대 도, 피로한계 등이 좋아짐과 동시에 무게가 3배 이 가 생산됨으로써 낚시의 대중화가 이루어졌다. 지금 상 가벼워지는 것을 알 수 있다. 그림 5는 전형적인 이야 글라스 낚싯대는 무겁고 불편한 낚싯대이지만 강으로 만들어진 자전거와 섬유강화복합재로 만들 당시로서는 최고의 낚싯대였던 것이다. 제3세대 - 어진 자전거를 나타내고 있다. 특히, 레이싱 자전거 카본 낚싯대로 가히 낚싯대의 혁명이라고 할 만한 74 ceramic korea

75 (a) (b) (c) 그림 5. 자전거의 변천사 (a) 일반 강으로 만든 자전거, (b) 섬유강화복합재로 만든 자전거, (c) 티타늄 소재로 만든 자전거 [Image from Google] 것이었다. 탄소섬유로 만든 카본 낚싯대의 등장은 대가 등장한 이후 지속적인 연구와 발전을 거듭한 낚싯대의 고급화와 경량화를 실현시켰으며, 우리나 낚싯대는 보론, 케블러 등의 보강재를 첨가하여 최 라의 카본 낚싯대는 1980년대 중반까지 주요 수출 고급화와 목적에 맞는 다품종화를 추구하고 있다. 효자 품목 중 하나로 각광받았다. 이렇게 카본낚싯 그림 6은 낚싯대의 변천사를 보여 주고 있다. (a) (b) (c) 그림 6. 낚싯대의 변천사 (a) 전형적인 대나무를 이용한 낚싯대, (b) 유리섬유를 이용한 낚싯대, (c) 카본섬유를 이용한 낚싯대 [Image from Google] June

76 스포츠 융복합 창의소재 개발과 시장 전망 4. 시장 현황 2013년 세계 탄소섬유 수요는 4만4천 톤이며 이중 생산 장비와 자동차 부품 수요가 48%를 차지하며 미국과 EU에서 66%가 소비한다. 유럽은 풍력과 우 주항공, 북미는 압력용기와 우주항공, 아시아에서는 스포츠 레저 용도의 수요 비중이 높다. 2020년까지 세계시장 연평균 성장률은 11%~22% 로 예측되고 있는 가운데 약 16%의 연평균 성장률 에 시장규모 13만 톤으로 전망된다. 향후 시장은 스 포츠 레저 수요가 연평균 성장률 3~7%임에 반해 자동차와 항공기 등의 수송기기와 생산 장비의 경 량화 부품 수요가 연평균 성장률 13% 이상으로 유 망하다. 스포츠 용품 분야에서 탄소섬유강화 복합 재료의 가격 하락 폭이 클 것으로 예상된다. 5. 맺음말 그림 7. 스포츠, 레저용 산업섬유제품 세계시장규모 변화 [11] 스포츠는 섬유강화복합재의 도입과 함께 새로운 국 면에 접어들었다. 모든 경쟁 스포츠는 스포츠 용품 성능의 진보로 이전엔 상상할 수 없던 영역, 기록에 서 경쟁하게 되었다. 그 성능과 함께 생산성도 증가 됨에 따라 주변에서 선수용 사이클 자전거 타는 사 람을 어렵지 않게 볼 수 있는 것처럼, 대중으로의 보 급 역시 용이해졌다. 이처럼 섬유강화복합재, 그 중에서도 섬유강화 플 라스틱 소재의 발달은 스포츠의 한계를 올리는 것 과 동시에 대중으로의 접근성도 개선하였는데, 그 로 인하여 제조, 유통, 판매에서부터 시설 및 서비스 업까지 스포츠 산업 전반의 발전으로 이어졌다. 섬 유강화복합재는 플라스틱 모재만이 전부가 아니다. 아직은 비용적 측면을 포함하여 극복하지 못한 한 그림 8. 세계시장 탄소섬유 수요량 예측 [10] 계들이 있지만, 금속과 세라믹을 모재로 하는 연구 가 학제간 유기적으로 이루어지고 있으며, 좋은 결 높은 비강도, 비강성을 가지는 섬유강화금속의 장 과물을 기대할 수 있게 되었다. 점들이 높은 가격으로 실제로는 널리 적용되지 못 고온에서 높은 강도를 그대로 유지하면서, 일반적 하고 있지만, 우주비행체, 항공기, 자동차에 사용되 인 세라믹 재료의 낮은 파괴인성을 금속 수준으로 고 있는 기술을 스포츠에 적용한다면, 이는 섬유강 극복한 섬유강화세라믹과, 비교적 높은 온도에서 화플라스틱처럼 다시 한 번 스포츠산업 전반에 새 76 ceramic korea

77 로운 패러다임을 제시할 가능성은 충분하다. 이러 한 명제를 달성하기 위하여 더 많은 연구가 진전될 필요가 있다. 7. 스포츠, 레저용 고부가가치 섬유복합소재, 강 지만, KIC News (2014) 8. PAN계 탄소섬유산업의 동향과 기술개발 방향, 김익수, 이성호, KEIT (2014) 6. 참고문헌 9. Carbon on Fibers, IHS chemical (2013) 10. JEC Composites (2014) 1. Serope Kalpakjian and Steven R. Schmid, Manufacturing, Engineering & Technology (2006) 2. Micahael Ashby, Hugh Shercliff, David Cebon, Engineering, Science, Processing and Design (2009) 김규헌 - 부산대학교 재료공학부 학사 - 부산대학교 재료공학과 석사과정 3. Martin Alberto Masuellu, Introduction of Fibre-reinforced Polymers - Polymers and Composite : Concepts, Properties and Processes(2013) 4. P.K, Mallick, Fiber-reinforced Composites Materials Manufacturing and Design (2007) 5. High Added-value Textile Composites for Sports and Leisure Products, Kan Ji Man (2014) 6. 소재혁명 불 지피는 복합소재, 문희성, LGERI 윤석영 - 부산대학교 재료공학과 학사 - Case Western Reserve Univ. 재료공학과 박사 - 부산대학교 산학협력단 연구산학기획부단장 - 현재 한국결정성장학회 이사 - 현재 한국산업기술연구회 주요사업평가위원회 위원 - 현재 한국세라믹학회 동남권 지부장 - 현재 부산대학교 재료공학부 교수 리포트 (2010) June

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