구미산단에는 첨단 섬유를 생산하는 코오롱 인더스트리 와 도레이 첨단소재, 효성등이 글로벌 첨단 섬유 업체로 우뚝서 존재감을 과시하고 있다.  

앞서 도레이 첨단소재와 함께 최근에는 코오롱 인더스트리가 2300억 원을 투자해 슈퍼섬유 아라미드 섬유 생산 기공식을 했다. 이처럼 많은 돈을 들여 준공한 아라미드섬유와 첨단 탄소섬유란 무엇일까.

◆ 아라미드란?

아라미드는 총알도 뚫지 못하는 강도와  500℃의 불 속에서도 타지 않는 내열성과 강한 인장강도를 가진 섬유로 아로마틱 폴리아미드의 줄임말로 1973년 미국 듀폰사에 에서 처음 상용화에 성공했다.

한국은1982 년8월 한국과학기술원의 윤한식 박사팀이 아라미드라는 고분자 물질을 사용 ‘분자성장배해법’ 에 의한 섬유를 순수 화학적인 방법으로 제조하는데 성공해 미국과 네덜란드에 이어 세계 3번째로 아라미드 섬유를 개발했다.

국내는 코오롱 인더스트리, 효성 첨단소재, 휴비스, (주) 지오콘 다 등에서 생산하고 있다. 분자성장 배행법으로 만들어지는 아라미드 섬유의 섬유단면은 합성섬유 제조원리로 제조된 섬유와는 전혀 달라 스마트 공정으로 제조가 가능하다.

아라미드는 분자 중에 CO와 NH가 결합한 아미드 결합을 갖는 사슬 모양 분자로 이루어진 고분자로 구조상으로 보면  아미드 결합이 있는 나일론(Nylon) 의 일종이다.

아라미드(Aramid) 는폴리아미드계 합성 섬유의 일종으로 분자 내 벤젠환으로 인해 융점이 높고 내열성이 좋은 섬유로 대표적 으로 케블라와 노멕스가 있다.

아로마틱 폴리아마이드(Aromatic polyamide)의 줄임말인 아라미드는 아마이드 (CONH)란 고분자를 나란히 배열해 강도를 높인 소재로, 노란 색깔상  ‘황금 실’이라고도 불린다.

아라미드는 섭씨 400∼500도의 고온에서도 타거나 녹지 않고, 5㎜ 정도 굵기의 가는 실로 2톤의 무게를 들어 올릴 정도로 강철보다 강한 섬유다.

특히 섬유 사슬은 잘 휘지 않아 꺾어지기 쉽은 단점은 있지만 이것을 어떤 용액 속에 넣어 녹인 다음 사슬의 방향을 일치시키면 10∼15마이크로미터 정도로 매우 가늘은 탄성 좋고 인장강도가 매우 강한 아로미드 섬유가 된다.

아라미드 섬유는 나일론의 2배, 강철의 약 5배나 강하며, 탄성률은 나일론의 10배가 넘는다. 즉 탄성률이 크다는 것은 무게에 대해 변형되는 비율이 작다는 것을 의미하는데, 파이버(Fiber) 는 강철이나 유리섬유보다도 강하다.

◆ 코오롱인더스트리(주) ‘구미아라미드 섬유’ 증설공장 준공

구미공단 코오롱인더스트리는 최근 아라미드 생산능력을 연산 7500톤에서 1만 5310톤으로 두배 확대 생산하는 설비 증산을 완공했다. 
경북도가  2022년 지방투자촉진보조금 지원으로  80여 명 신규고용으로 지역경제 활력 으로 구미시는 반도체, 이차전지, 섬유 등 첨단소재기업 경북에 속속 자리잡아았다. 

김장호 구미시장은 “코오롱인더스트리의 아라미드 생산라인 준공을 진심으로 축하하며, 구미산단으로 대규모 투자를 이끌어 준 기업관계자에 감사하다”며, “구미에서 생산되는 아라미드 섬유가 세계시장에서 많은 수요를 창출해 구미 코오롱 인더스트리 가 아라미드 섬유 생산거점으로 우뚝서도록 모든 지원을 아끼지 않겠다”고 했다.

◆ 미래의 쌀 탄소섬유와  아라미드 섬유 

 아라미드와 함께 신소재로 뽑히는 것이 탄소섬유다. 탄소섬유는 철과 비교해 무게는 25% 정도로 가볍지만 강도는 10배 이상이다. 아라미드와 마찬가지로 경량성을 띄고 있는 이 섬유는 높은 강도와 고탄성의 특징도 함께 가지고 있는데 탄소섬유를 이용한 도심 항공 모빌리티, 선박용 연료 탱크, 항공 등 사용 확대가 기대되는 섬유다.

우리나라는 도레이 첨단소재와 효성첨단소재가 이 분야 선두주자 자리를 차지하고 있는데 세계에서 세번째로 T-1000급 제품 개발에 성공하기도 했다고 한다.

특히, 정부는 오는 2028년까지 총 1046억원 투자 미래 산업의 쌀' 탄소소재 챙기기로 정부가 기술개발 지원 확대에 나섰다. 

산업통상자원부가 탄소소재 핵심기술 확보를 위해 K-Carbon 플래그십 기술개발 사업을 진행한다. 

정부가 탄소섬유·인조흑연 등 탄소소재 핵심기술 확보에 나섰다. 향후 5년 동안 1000억원 이상을 투자해 세계 최고 수준의 기술력을 확보하겠다는 목표다.

14일 정부 등에 따르면 산업통상자원부는 ▲우주항공 ▲방산 ▲모빌리티 ▲에너지·환경 ▲라이프케어 ▲건설 등 핵심 수요산업에 사용되는 탄소소재 기술개발을 지원하기 위해 'K-Carbon 플래그십 기술개발 사업'을 시작할 방침이다.

◆ 아라미드의 개발과 역사

아라미드 섬유는 1935년 미국 듀폰 사의 과학자들이 첫 개발했다. 반면 그 개발 과정은 굉장히 험난해 ‘철조망’이라고 불릴 만큼 촘촘했던 나일론 분자 배열 자체가 어려워 얽힘이 적은 강직한 고분자 사슬을 만들어 내 이 문제 해결에 나섰다.

그 후 분자 사슬이 서로 얽혀 실 상태가 되지 않자, 여성 연구자 스테파니 크오렉이 강직한 고분자 사슬을 녹이는 용제를 발견하면서 마침내 ‘나일론보다 훨씬 강한 늘어짐도 적고 가위로도 잘 끊어지지 않는 수퍼 섬유가 탄생했다.

듀폰은 섬유개발후 ‘케블라(Kevlar)’라는 이름을 붙여 듀폰의 케블라는 아라미드 섬유의 원조가 되자 우리나라는 물론 세계각국에서 아라미드를 개발했다.

한국은 이 섬유 개발후 양산까지 27년간 미국의 듀폰사와 일본의 데이진이 나눠 차지하다 코오롱,효성등 제품생산에 나서면서 우리나라는 현재 듀퐁사에 이어 세계 2위를 차지하고 있다.

◆ 아라미드 섬유 의 이해 

아라미드 섬유는 흔히 ‘통나무와 뗏목’에 비유한다. 즉 아라미드 섬유를 구성하는 고분자들은 통나무로 이런 섬유를 엮어 만든 뗏목이라고 생각하면된다.

마구 널려 있는고분자 (통나무)를 나란히 배열해 튼튼하게 엮어 뗏목(섬유)을 만들어야 하는데, 아라미드 섬유 고분자들은 스스로 나란히 결합 정렬해 서로 뭉쳐  다른 섬유보다 훨씬 튼튼하다.

세계 최초의 인조섬유인 나일론도 높은 강도와 탄성을 지니긴 했지만, 나일론은 섬유를 만든 후 천천히 당기면서 배양시켜켜 분자(통나무)들이 일렬로 늘어서도록 만들어야 하는 반면 아라미드는 그보다 훨씬 강력한 자기 배열 능력과 결합력을 가진 분자(통나무)들이다.

◆ 미국 듀폰 한국 방문해 코로롱 물질특허  판권 제안에 코오롱 거절

한국이 아라미드 산업에서 세계적 시선을 끌었던던 것은1982년이다. 당시 한국 과학기술연구원(KIST) 윤한식 박사팀은 3년여의 연구 끝에 열에 강한 아라미드 펄프합성 공정을 새로 개발했다.

당시 아라미드 펄프는 자동차 패드 등에 사용되어 아라미드 세계 시장을 독점하고 있던 듀폰조차 아라미드 실에서 뽑아내는 방법으로 제조했다고 알려졌다.

윤박사팀이 개발한 제조공정을 절반으로 단축하고 강도를 더 높이면서 생산원가는 1/3로 줄이는 방법에 관심을 가진 듀폰은 한국을 두 번이나 방문 '물질특허'를 사겠다고 했지만, 윤박사팀을 후원하던 코오롱은 후속 연구를 위해 듀폰의 제안을 거절했다고 한다.

◆ 아라미드 섬유 형태 

아라미드 섬유는 메타와 파라로 나뉘는데 메타의 경우에는 초내열성에 특화된 제품이며, 파라의 경우에는 높은강도와 고탄성을 보여 우주항공 분야에서 주로 쓰이고 있다. 강철보다 5배 단단해 ‘총알도 막는 슈퍼 섬유 아라미드는 최근 주식 시장에서도 눈길을 끌고 있다.

기존소방복, 한전 복전복, BaFila시장, 전자파 차단용 건설 원자재 등재등 새로운 시장을 형성하는 추세로 아라미드 섬유 시장은 반도체 못지않다.

1.5 ㎏ 정도 무게 방탄조끼는 물론 섭씨 500도에도 타지 않는 소방복과 빛보다 빠른 5G 광통신 케이블 소재도 모두 아라미드다. 

특히 5G의 필수 설비인 광섬유는 기존의 구리 선보다 전송 속도가 월등히 높지만, 쉽게 늘어나는 특성이 있어 외부 충격에 약하다는 단점이 있다.

이에 안정적으로 데이터를 전송할 수 있도록 광섬유의 중심과 외부에 아라미드 섬유를 감싸 배치해 5G 통신 수요가 많을수록 아라미드 시장도 함께 커지는 구조다.

2018년 기준 경제협력개발기구(OECD) 가입국의 평균 광케이블 도입률이 26.0%에 불과한 만큼 아라미드는 미래 수출 동력 효자 상품이다. 

◆ 자동차 업계도 아라미드 섬유 사용 

방탄복과 소방복 등 각종 보호장비로도 쓰이는 아라미드 섬유와 함께 현재는 자동차 업계도 아라미드에 부쩍 관심을 쏟고 있다.

산업용 자재로는 자동차 타이어코드, 벨트, 호스, 브레이크 패드,카매트,카페트,에어원단백등 다양하게 사용돼 왔지만 앞으로는 그 중요성이 더 커질 가능성이 높아지고 있다.

이유는 주행거리 경쟁이 치열한 전기자동차 시장에서 부품 경량화가 핵심 과제로 떠올랐기 때문이다. 자동차의 경우 기존에도 타이어, 벨트, 호스 등 다양한 부분에서 사용되어 왔지만 주행거리 경쟁으로 경량화가 필수인 전기자동차 시장이 커지면서 아라미드처럼 단단하면서 가벼운 소재의 중요성은 날로 커질 것으로 보인다.

이는 아라미드처럼 단단하면서도 가벼운 소재를 차 부품에 쓰면, 배터리 용량은 그상태 지만 주행거리는 많이 늘어나 최근 전기차업체에서 공동 연구개발하고 있는 추세로 코오롱 등이 생산 하는 아라미드 섬유 수요처는 날이갈수록 폭발적으로 증가할 것으로  전망된다.  

한편 아라미드 섬유는 미국 듀폰과 일본 테이진이 글로벌 시장의 80% 이상을 점유하고 있는것으로 알려졌다. 이중  우리나라는 파라계 아라미드를 주력으로 하는 코오롱인터스트리, 효성첨단소재, 태광산업이, 메타계 아라미드는 휴비스와 도레이첨단소재가 국제적으로 아라미드 시장의 높은 수요를 반영 설비투자를 활발히 하고 있는 추세다.