1. 서론
공중합 아라미드 섬유는 일본 Teijin社의 Technora®와 러시아 Kamensk volokno社가 전 세계 시장을 양분하고 있다. 다만 러시아 Kamensk volokno社의 Rusar®과 Artec® 경우 러시아 내수용으로만 전량 공급되는 까닭에, 현재 국내 시장에 들어오는 공중합 아라미드는 일본 제품에만 의존하고 있으며 관련 소재 전문가공업체도 2~3개사에 불과한 실정으로 공중합 아라미드 섬유 개발과 동시에 섬유 복합 중간재 및 제품화 기술개발과 육성이 매우 시급하다. 또한 파라 아라미드 섬유에 비해 공중합 아라미드 섬유의 경우 유연한 분자쇄로 인해 내피로 특성과 지속적 반복 굽힘, 열팽창 수축 등이 우수하므로 탄성소 재와 복합화하여 <그림 1>, <그림 2>와 같이 인터쿨러 호스 및 DPF(Diesel Particulate Filter) 호스 등자동차용 MRG(고무보강재) 부품에 적용되며, 내피로 및 극한 환경에서의 내구성이 요구되는 첨단 산업, 안전·보호용 소재 분야로의 활용이 기대된다.
최근 수년간 세계 강대국들을 중심으로 자국 산업과 기술의 보호와 육성을 위해 자국 우선주의가 대두되고 있으며, 코로나 팬데믹과 같은 비상상황 하의 글로벌 공급망 위기에서 벗어나려면 부가가치가 높은 소재·부품 분야에서의 기술적 자립화는 필수적으로 요구된다고 할 수 있다.
산업용 중간재로 적용되는 극한성능 아라미드 섬유(원사 및 직물)의 강도, 탄성율, 내열성 등의 물성은 기존 시험방법이 적용가능하다. 하지만 다양한 분야에 보강재로 적용되는 원사 및 직물의 내피로 특성 및수명을 평가하기 위한 시험방법은 전무하기 때문에 국제표준의 개발이 필요하다.
2. 현재 표준 트렌드 현황
2-1. R&D 관련 표준 동향
아라미드 원사는 ISO TC38(섬유) SC23(섬유 및 원사), 고무 복합재 호스는 ISO TC45 SC1(고무 및 플라스틱 호스 및 호수 집합체), 복합소재는 ISO TC61(플라스틱) SC13(복합소재)에서 각각 국제표준을 개발하고 있다.
다만 섬유분야인 ISO TC38 SC23은 의류용 섬유 중심으로 국제표준을 개발하기 때문에 자동차 내부등 극한 환경에서 원사의 내피로 특성, 반복 굽힘을 평가하는 시험방법 전무한 상황이다.
또한 ISO TC61 SC13 섬유강화 복합재료 기술 분과위원회에서 탄소섬유 및 유리섬유, 이를 적용한 복합 재료에 대한 국제표준이 개발 중이다. 특히 대부분의 국제표준이 섬유강화 플라스틱, 프리프레그 등에 대한 압축강도, 굴곡강도, 피로시험 및 접합부의 전단 강도 등에 대한 표준으로 복합재료에 적용되는 고성능 아라미드 원사 및 직물에 대한 시험법은 전무한 상태이며 중간재인 원단과 고무의 복합재 형태도 다루지 않고 있다.
아울러 ISO TC45 SC1 호스 분야는 완제품 중심의 표준을 개발하므로 섬유복합재 적용 제품의 표준화가 TC45 SC1의 개발 범위에 해당 될 수 있는지에 대한 공감대 형성이 필요하다.
고무 또는 복합소재의 피로시험은 <표 1>과 같이 국제표준 또는 단체표준으로 제정돼있으나, 아라미드 원사 및 원단 또는 아라미드 보강 고무에 대한 평가방법의 표준화는 아직 개발되지 않은 상황이다. 이에 자동차 내부와 같이 고온의 극한 환경에서 성능을 발휘하기 위한 다양한 산업용 부품에 적용되는 아라미드 원사 및 원단의 피로시험 등 시험방법의 표준화는 완제품 설계 및 신뢰성 확보를 위해서 반드시 필요 하다고 생각된다.
2-2. 기술개발에 도움이 되는 주요 표준
호스에 대한 시험방법은 현재 국가표준으로 제정돼있다. 고무호스의 시험방법을 명시한 KS M 6540은 고무층의 물리시험과 호스의 내압성 시험, 저온 시험, 전기시험, 박리 시험, 열 노화 시험, 충격 압력 시험에 대해 규정하고 있다.
KS M 6774는 유압용 섬유보강 고무호스의 시험법으로 고무층의 내오존성 및 내유성과 호스의 내압성 시험, 내피로성, 내저온성, 보강층과 내외면 고무층의 밀착성 등을 평가한다. 이러한 완제품에 대한 시험 방법은 제품 상태에서만 가능하므로 기술개발 중 개발되는 소재 및 중간재에 적용할 수 없다. 때문에 사용 환경에서 제품 설계에 필요한 중간재의 신뢰성 평가를 위한 시험방법의 개발이 필요하다.
자동차 호스에 적용되는 시험방법은 자동차 기업의 사내규격을 만족해야 한다. MS 200-43과 MS 263-45는 H사의 소재에 대한 사내규격으로 호스 시편의 경도, 인장강도, 신율, 내박리성 등의 시험방법을 규정하고 있다.
자동차용 인터쿨러 호스에 대한 시험방법은 H사의 모듈에 대한 사내규격인 ES 28250-01로 호스의 내구 시험, 열노화 시험, 외경변화율, 열 노화 후 파열시험 등을 규정하고 있다.
이러한 자동차 기업의 사내규격은 각 메이커마다 상이하므로 소재 및 중간재의 적합성을 평가하기 어렵 다. 또한 자동차 메이커의 사내규격은 공공표준이 아니므로 협력사가 아니면 규격을 확보할 수 없으므로 사용이 제한된다.
3. 미래 표준 트렌드 전망
극한 환경에서 사용되는 공중합 아라미드 섬유와 같은 슈퍼 섬유는 생산하는 소재 업체가 극히 제한적이 므로 다양한 용도로 적용되기 위해서는 소재, 중간재, 완제품 등 다양한 형태로 시장 진입을 시도해야 한다. 이와 같은 수요에 대응하기 위해서는 완제품 중심의 표준화에서 용도별 소재 및 중간재에 대한 표준 개발이 매우 중요하다. 또한 극한 환경에서 사용되는 까닭에 해당 사용 환경을 고려한 내구성 시험, 완제 품의 수명을 보증하기 위한 소재 및 중간재의 수명 예측 신뢰성 평가법의 표준화가 시급히 요구된다고 할수 있다.
4. 맺음말
공중합 아라미드 섬유 소재를 적용한 산업용 제품 시장은 미국 및 일본 선진기업들이 전 세계 시장을 과점하고 있다. 하지만 공중합 아라미드 소재의 국산화를 비롯해 이를 활용한 중간재 및 산업용 제품화 기술 확보를 통해 수송기기, 부품 산업 등 전방 산업의 선진국 의존도 해소에 따른 수입 대체 및 국내 제품의 수출 증대에 기여할 것으로 기대된다. 또한 극한 환경에 적용되는 공중합 아라미드는 기존의 보강사보다 고압, 마모, 피로에 대한 성능이 우수하며 합성고무와의 상용성이 우수하므로 산업용 호스 산업 전반에 크게 기여할 것으로 판단되며 수송기기용 호스 제품의 내수화로 인해 고부가가치 산업 형성이 가능할 전망이다.
이러한 슈퍼 소재 및 중간재의 시장 진입을 위해서는 가격 경쟁력 확보는 물론 우수한 성능, 환경 내구성및 완제품의 수명을 만족시킬 수 있는 소재와 중간재의 신뢰성 평가방법의 표준화가 동반되어야 가능하 다고 판단된다. 따라서 기술개발과 표준화가 유기적으로 연계된다면 기술개발 성과를 극대화시키고 국산 소재의 세계 시장 진입을 앞당기는데 큰 도움이 될 것이다.