임대영그룹장 한국생산기술연구원
자동차, 기차, 조선, 항공 ( 우주 ) 산업분야에사용되는모든종류의섬유및부직포와복합재료를말하는것 적용분야에따라요구특성과물성이다르지만유사한기능으로사용되는소재및부품이매우많아지고있으며, 자동차분야의경우용도개발이가장활발히이루어지고있음 Mobiltech 분야의특수한용도로에너지저장장치인배터리및캐패시터용격리막등과에너지하베스팅용연료전지확산판 (GDL) 사용량이증가하고있음 최근에는세계적으로에너지고효율화에이슈에따른경량화를위해섬유강화복합재료를바디 (body) 와외장부품 (exterior parts), 그리고구조재 (structural parts) 분야까지확대적용하고있음
시트커버, 안전벨트 ( 시트벨트 ) 웨빙, 타이어코드, 트럭커버, 헤드라이너, 트렁크커버링, 에어백, 인슐레이션펠트 (NVH 부품 ), 선바이저, 각종필터류등
시트커버, 커튼, 바닥재 ( 카펫 ), 가구용표피재, 항공기용탈출슬라이드 (Evacuation Slides), 구명조끼, 각종필터류등
시트커버, 커튼, 바닥재 ( 카펫 ), 가구용표피재, 팽창식구명보트, 구명조끼, 세일 (sails), 각종필터류등
시트커버, 커튼, 바닥재 ( 카펫 ), 가구용표피재, 각종필터류등
구분 시장규모 ( 1,000 톤 ) 시장규모 ( 억불 ) 2005 년 2010 년 2010 년 Mobiltech 분야 2,828 3,338 279 Technical Textiles 전분야 19,683 23,774 1,270 비율 (%) 14.4% 14.0% 22.0% Source: TECHNICAL TEXTILES AND NONWOVENS : WORLD MARKET FORECASTS TO 2010, David Rigby Associates (2002) 2011 년 1 월 Messe Frankfurt Dominique Ewert 등의보도자료
중국은미주와유럽다음으로세계최대생산량을보였으며, 지속적으로성장하고있는것으로확인됨향후에도아시아국가들이지배하게될전망으로거의모든자동차메이커들이 ( 브랜드 ) 들이중국, 인도, 태국등의아시아를기점으로생산을할것으로판단됨 세계최대자동차생산 5 대메이커 ( 브랜드 ) 는미국의 General Motors 그룹, 독일의 Volkswagen 그룹, 일본의 Toyota 그룹, 한국의현대그룹, 미국의 Ford 그룹순으로나타났음 지역 2011년 2012년 증감율 유럽 20,954,070 19,821,461 5.4% EU 27개국가 17,522,254 16,240,476 7.3% 미주 17,793,809 20,023,353 +12.5% NAFTA 13,477,706 15,794,590 +17.2% 캐나다 2,135,121 2,463,732 +15.4% 멕시코 2,681,050 3,001,974 +12.0% 미국 8,661,535 10,328,884 +19.3% 남미 4,316,103 4,228,763 2.0% 아시아 오세아니아 40,575,512 43,709,999 +7.7% 중국 18,418,876 19,271,808 +4.6% 인도 3,927,411 4,145,194 +5.5% 일본 8,398,630 9,942,711 +18.4% 대한민국 4,657,094 4,557,738 2.1% 태국 1,457,798 2,483,043 +70.3% 아프리카 556,637 586,396 +5.3% Source: OICA 통계자료 (http://oica.net/category/production statistics) 합계 79,880,028 84,141,209 +5.3%
자동차안전및안락감과관련한수요증가로섬유소재의수요량이 2000 년약 20kg/ 대수준에서 2010 년현재약 26kg/ 대수준으로증가최근의환경이슈 ( 연비증가, CO 2 배출규제등 ) 로인한경량화요구에따른사용량이 2020 년경약 35kg/ 대수준으로급증할것으로전망섬유소재혹은제품은주로안전 (safety), 쾌적 (comfort), 디자인 (design) 및음향관리 (acoustics) 분야에약 35 m2정도사용 무게로보면약 28kg/ 대정도에해당 2008 년 : 70,757,299 대생산 약 26kg/ 대 = 약 1,839,690 톤 2012 년 : 84,141,209 대생산 약 28kg/ 대 = 약 2,355,954 톤 Source: 독일 Groz Beckert 社의 2013 년발표자료
세계조선산업은화물운반선, 여객선 ( 크루즈선박포함 ) 과원유운반선, LNG 운반선, 석유화학제품운반선, 냉동화물운반선등등대형선박과, 레저스포츠용요트및소형선박등매우다양하게있음 세계화물및여객용선박분야조선업체는국내현대중공업을필두로 5 개업체가선두를달리고있으며, 일본역시미쓰비시중공업등 4 개업체, 중국의한개업체가그뒤를따르고있음 업체명 국가 ( 도시 ) Total gross tonnage(gt) 2012년기준 production Hyundai Heavy Industry 한국 ( 울산 ) 93,893,700 1,428 ship Daewoo Shipbuilding 한국 ( 옥포 ) 68,284,087 834 ships Samsung Heavy Industry 한국 ( 거제 ) 58,082,349 785 ships Hyundai Samho 한국 ( 삼호 ) 28,414,515 372 ships Mitsubishi Heavy Industry 일본 ( 나가사키 ) 19,506,548 315 ships Tsuneishi shipbuilding 일본 ( 나마쿠마 ) 17,824,038 492 ships Oshima Shipbuilding 일본 ( 오시마 ) 16,983,004 539 ships Hyundai Mipo 한국 ( 울산 ) 16,715,650 618 ships Imabari Shipbuilding 일본 ( 마루가메 ) 15,692,687 393 ships Shanghai Waigaoqiao 중국 ( 상해 ) 15,096,900 164 ships 해양플랜트, 수산 어업용등은포함시키지않음
특히원유운반선, LNG 운반선, 석유화학제품운반선등대형선박의경우친환경및에너지효율 ( 경량화 ) 이매우중요한이슈로섬유강화복합재료의수요가크게증가할것으로판단됨하지만호화크루즈선의경우내장인테리어소재의사용량이매우크고, 고급화가요구되고있어고기능성섬유소재의수요가크게증가할것으로판단됨스피드를다루는요트, 카약, 레이스용보트등스포츠용선박들은경량화를위한섬유강화복합재료의수요가크게증가할것으로판단됨 부가가치가매우높은초대형호화크루즈선박의경우노르웨이의 Aker Yards ASA( 우리나라의 STX 그룹이대주주 ) 와이태리의 Fincantieri Cantieri Navali Italiani S.p.A. 등이세계시장을석권하고있고, 국내자체기술력으로수주를하거나생산한경험이전무한실정임산업연구원에따르면 LNG 운반선의가격이한척 (12 만 5000t 급 ) 에 3 억달러정도인데비해, 동급의크루즈선은 10 억달러 (1 조원 ) 이상이며, 가격의 80% 이상이인테리어와기자재비용이어서전방산업인섬유산업에대한파급효과가매우크다고알려져있음
상업용항공기제조업체로는미국의보잉 (Boeing) 이대표적인데, 현재세계항공기시장의 3/4 에해당하는 12,000 여대의비행기가운항중 보잉의가장큰경쟁자인프랑스에본사를둔에어버스 (Airbus) 는현재세계생산량의절반에가까운항공기를생산하고있는데, 2008 년기준총 5,303 대에달함 2013 년보잉이발표한보고서에따르면향후 20 여년동안약 35,280 대의신규수요가있을것으로전망하였는데, 특히승객및화물용항공기의경우매년 5% 대의성장을통해약 48 조원의시장이형성될것으로발표함
캐나다의 Bombardier Aerospace 승객좌석수 50~100 개규모의 CRJ 100, 200, 700, 900 및 1000 models 과 turboprop aircraft (Q100, Q200, Q300, Q400) 를생산하고있으며, 2005~2007 년사이 1,014 대의항공기를공급하였음 브라질의 Embraer 는세계 4 위업체인데, 주로좌석수 100 개이하의항공기를생산하고있으며, 2005~2007 년사이 440 대의항공기를공급하였음 프랑스의 Aerospatiale 는좌석수 40~50 개인소형 turboprop aircraft 인 ATR 72 을생산하고있으며, 2007 년까지 323 대의항공기를공급하였음
항공용섬유업계는몇몇 OEM 업체를제외하고는소규모의특수한기업들과대형생산업체들이시장을나눠가지고있는데, 매년성장세를보이는반면에전체규모면에서비교적작음스위스의 Lantal Textiles 社, Batany Weaving 社등 구분 승객좌석수 캐빈바닥면적 ( m2 ) 시트커버 ( m2 ) 카펫 ( m2 ) Boeing B737 126-180 105 250-360 105 B777-300 370 293 920 2 293 B747-300 416 350 1,040 2 350 B787-8 210-250 220 530-620 2 220 Airbus A319 124 83 250 83 A320 150 97 300 97 A330-300 295-335 263 740-830 2 263 A340-500 313 278 780 2 278 A380 555 622 1 1,380 2 622 A350 XWB 270 250 670 2 250 1 상층 (upper deck) 좌석수 328 개, 하층 (lower deck) 좌석수 294 개 2 일등석 5%, 비즈니스석 20%, 일반석 75% 비율로구분
구분대표제품주요요구물성섬유소재종류 1 내장재 ( 시트커버, 도어트림커버, Abrasion & UV resistance, attractive 헤드라이너등 ) design & texture 2 카펫 Light fastness, moldability 3 타이어코드및직물 Tensile strength, adhesion to rubber, fatigue resistance 4 Heat resistance, tensile strength, 고무보강재 (hoses, belts, air dimensional stability, adhesion to springs) rubber, chemical resistance 5 안전벨트 ( 시트벨트 ) 웨빙 Tensile strength, abrasion and UV resistance Ability to withstand high temperature 6 에어백 inflation gases, durability to storage in compacted state over many years 7 Stiffness, strength, light weight, energy 바디 (body) 및프레임 (structural absorbing, frame) thermal stability Polyester, Wool, Nylon6, Acrylics Nylon6, Polyester, Polypropylene Polyester, Nylon,6,6, HT*- Rayon, Steel & Aramid *HT = High Tenacity HT-Polyester, Aramid HT-Polyester, Nylon6,6 Nylon6,6 HT-Polyester & UHMW-PE Glass, Carbon, Aramid composite
내장재의경우글로벌메가트렌드가친환경및휴먼친화의방향으로진행됨에따라자동차에사용되는섬유소재에대해서도친환경, 초경량및고내구성등의특성이요구되고있음각종내구성, 내광성, 방오성등의요구특성뿐아니라 comfort 특성과심미적인특성까지고려 난연성의경우자동차는기업체표준, 선박과항공기는국제표준과국가별표준을동시에요구하고있으며, 기차의경우국가별다른표준요구 ([ 별첨 ] 참조 )
적용차종적용부위기술 BMW M6 Roof TRP sandwich BMW i8 Spyder & i3 McLaren SLR McLaren 12C Spider & MP4-12C McLaren P1 BMW M6, Lotus Elise Mercedes Aston Martin Vanquish Chrysler's 2013 SRT Viper Passenger cell - Crash beam Braided carbon fiber One-piece Monocell carbon - composite chassis Monocoque roof structure, safety - cage Aprons, Spoilers, Woven carbon Bumper fiber Trunk hatches Sheet Molding Compounding Body panels - Body panels -
최근조선 ( 선박 ) 분야의이슈는더큰크기의선박을제조하고더많은승객이나화물을에너지측면에서고효율로운송하는기술을개발하는것으로, 이러한특성을만족하는경량의섬유강화복합재료를선박의주요부품에사용하는것임이미오래전부터소형선박과, 레저스포츠용보트및요틍등의분야에서는다양한구조의섬유강화복합재료가광범위하게사용되고있음팽창식구명보트, 구명조끼, 세일 (sails) 등은다양한 UHMW PE, HT Polyester 등고강력사를보강재로하는열경화성코팅직물이사용되고있음특히난연성의경우국제해사기구 (International Maritime Organisation, IMO) 의 Fire Test Procedures Code IMO Res. A.471(XII) 규격기준을만족해야만내장재및인테리어소재로사용할수있는데, 이와는별도로각국가마다고유의규격기준을두고관리하고있음또한크루즈선과같은승객용선박의경우내장재및인테리어소재의쾌적 (comfort) 특성과심미적인특성이매우중요한문제로소비자 ( 고객 ) 의감성까지고려한소재및제품이개발되고있음
항공용섬유의경우일반적으로미국연방항공청 (FAA) 및유럽연방항공청 (EAA) 등의승인을받아야시장진입이가능엄격한품질관리규정과, 안전도 (safety factor) 를가늠하는난연성, 대전방지성과내구성, 방오성, 청결성, 경량등의요구특성뿐아니라쾌적 (comfort) 특성과심미적인특성까지를고려해야함 최근항공분야의주요이슈는더적은연료를가지고더많은승객이나화물을에너지측면에서고효율로운송하는기술을개발하는것으로, 항공기동체를탄소섬유강화복합재료로만들어무게와연비를크게개선하는것이목표임또한카펫의무게를줄이는연구를지속적으로수행하고있음
최근의철도산업 ( 기차 ) 의이슈는더빨리더많은승객이나화물을환경친화적이며, 에너지측면에서고효율로운송하는기술을개발하는것으로, 강화된 fire smoke and toxicity (FST) 특성을만족하는경량의섬유강화복합재료를적용하는것임 특히, 섬유강화복합재료로검토되고있는소재는 E glass 섬유나탄소섬유가페놀수지에함침된구조의프리프레그인데, 주요적용분야로는 seating, ceilings, floorings, bulkheads, vestibules, fire barriers, wall panels, window surrounds, doors, corridor adapter frames, staircases, luggage bins/racks, fairings, toilet modules 등이있음 또한승객운송용기차의경우내장재및인테리어소재의쾌적 (comfort) 특성과심미적인특성이매우중요한문제로소비자 ( 고객 ) 의감성까지고려한소재및제품이개발되고있음
[ 별첨 ]
Performance Scope Fire Resistance Reaction to fire Fire Test to demonstrate Acceptable control of the risk of ignition Acceptable control of the rate of and total emission of heat, smoke and toxic fume Acceptable resistance to fire as a barrier to fire Product Scope Rubber Product, Rubber Seal Seat Cushion (Sponge) Fire Adhesive Textile (Curtain, Seat Cover, Carpet) Plastic Product Fire Coating Cable and Wire Etc.
Europe, 95/28/EC Horizontal Burning Behavior Vertical Burning Behavior Burning Dropping Germany DIN 75200, Determination of burning behaviour of interior materials in motor vehicles USA FMVSS 302, Flammability of Interior materials SAE J369, Flammability of Polymeric Interior Materials Horizontal Test Method Others ISO 3795, Road vehicles, and tractors and machinery for agriculture and forestry Determination of burning behaviour of interior materials 자동차메이커별별도시험규격
Performance Scope Fire Resistance Fire and flame propagation Smoke Density Toxicity Heat Release Corrosion Product Scope Rubber Products (Seal and filter) Melamine foam for thermal insulation Sound insulation blanket Textile for curtain, seat backing Plastic Products (light shade, shell of cell) Flooring (glue and adhesive) Cable Sound insulation blanket Electrical Device Fire resistance paint Fire redartant adhesive Seat (Sponge/Cushion)
European, PrCEN TS 45545 2 EN ISO 4589 2, Oxygen Index NF X70 100, Smoke Toxicity ISO 5659 2, Smoke density ISO 5658 2, Flame Spread ISO 5660 1, Heat Release DIN EN 50305, fire test to cable ISO 12952 3, Flammability of textile USA, NFPA 130 ASTM D 3675, Surface Flammability ASTM E 662, Smoke Density ASTM E 648, Critical Heat Flux ASTM E 162, Surface Flammability ASTM C 1166, Fire propagation UL 1581, fire test to cable ASTM E1537, fire test holstered furniture Germany, DIN 5510 2 DIN 54837, Flammability of small part EN ISO 9239 1, Critical Hear flux DIN 53438 2, S1 Flammability DIN EN 1021 1, Fire test to seat ISO 5659 2, Smoke Toxicity EN 597, Fire test to bedding components EN 61034 2, Smoke for cable Korea Standard ISO 5658 2, Smoke density ISO 4589 2, Oxygen Index BS 6853 Annex B, Smoke Toxicity ASTM E 662, Smoke Density
Performance Scope Fire Resistance Reaction to fire Materials are not easily ignited and have low total emission of heat, smoke and toxic fume when exposed to an ignition source. Fire Test to demonstrate Acceptable control of the risk of ignition Acceptable control of the rate of and total emission of heat, smoke and toxic fume Acceptable resistance to fire as a barrier to fire Product Scope Rubber Product, Rubber Seal Plastic Product Life jacket Fire Coating Fire Adhesive Cable and Wire Textile (Curtain, carpet)
ABD 0031 Airbus Fire Test ABD 0031 7.1.2 (AITM 2.0002 B/A), Vertical Flammability Test ABD 0031 7.3.1 (AITM 2.0007), Smoke Density Test ABD 0031 7.4 (AITM 3.0005), Smoke Toxicity Test ABD 0031 (AITM 2.0006), Heat Release Test ABD 0031 7.1.3 / 7.1.4 (AITM 2.0003), Horizontal Test ABD 0031 7.1.5, 45 flammability test FAR 25.853 Fire Test FAR 25.853 b(4)), Vertical flammability test FAR 25.853 (d), Smoke Density Test FAR 25.853 (d), Heat Release Test FAR 25.853 (c), Seat Flammability Test FAR 25.853 b(2,3), Horizontal Flammability Test FAR 25.853 (b), 45 Flammability test FAR 25.853, 60 Flammability test Boeing Fire Test BSS 7238, Fire testing to smoke density BSS 7239, Fire testing to toxicity BS 6853 Annex B, Smoke Toxicity ASTM E 662, Smoke Density
Performance Scope USCG Certification to American Market WheelMark to EU Market Product Scope Life saving appliances Marine Pollution Prevention Fire Protection Navigation Equipment Radio Communication Equipment
USCG Certification IMO FTP Code, Part1, Non combustibility test IMO FTP Code, Part2, Smoke and toxicity test IMO FTP Code, Part3, Test for A, B, and F class divisions in both vertical and horizontal orientation IMO FTP Code, Part4, Fire Door Control System IMO FTP Code, Part5, Test for surface flammability IMO FTP Code, Part6, Test for primary deck coverings IMO FTP Code, Part8, Test for upholstered furniture IMO FTP Code, Part9, Test for bedding components IMO Resolution MSC.40(64) using ISO 9705 and ISO 5660, Fire restricting materials for High Speed Craft, test methods as specified IMO Resolution A.753(18), Test for application of plastic pipes in ships WheelMark Certification Marine Equipment Directive 96/98 EC IMO MSC 61(67) / IMO FTPC IMO FTP Code, Part1 ~ IMO FTP Code, Part9