Ⅰ. 서론 1 Ⅱ. 탄소섬유란 4 1. 탄소재료와 탄소섬유 4 1) 정의 4 2) 형태 6 2. 탄소섬유의 분류 10 1) 탄소화온도에 의한 분류 10 2) 원료에 의한 분류 11 3) 탄소섬유의 관용적 분류 11 3. 탄소섬유의 특성 13 1) 구조 13 2) 화학조성 14 3) 수분 15 4) 내약품성 15 5) 기계적 특성 16 6) 열적 특성 17 7) 전기적 특성 18 4. 탄소섬유의 응용분야 20 Ⅲ. 탄소섬유의 제조 공정 26 1. PAN계 탄소섬유 38 2. Pitch계 탄소섬유 40 3. 레이온계 탄소섬유 41 Ⅳ. 탄소섬유 기술동향 및 연구현황 43 1. 기술동향 47 1) PAN계 탄소섬유 48 2) Pitch계 탄소섬유 50 3) 탄소섬유 성형공정기술 개발동향 51 2. 특허출원현황 62 3. 탄소섬유 연구진 75 1) 한국과학기술연구원(KIST) 탄소융합소재연구센터 75 2) 한국탄소융합기술원 83 3) 한국기계연구원 87 4) 한국생산기술연구원 90 5) 한국에너지기술연구원 94 6) 국방과학연구소 98 7) 울산과학기술원 102 8) 대학 산학협력단 및 교수 107 Ⅴ. 탄소섬유 업계현황 및 시장동향 116 1. 해외업계동향 118 1) PAN계 탄소섬유 118 2) Pitch계 탄소섬유 122 2. 국내업계동향 129 1) 효성 133 2) 태광산업 136 3) 한화첨단소재 137 4) SK케미칼 137 5) GS칼텍스 137 3. 세계시장동향분석 138 1) 생산 동향 139 2) 수요 동향 140 3) 세계 자동차용 탄소섬유 수요 확대 전망 142 4. 국내시장동향분석 145 1) 수요동향 146 2) 수요예측 146 3) 드론산업발달로 국내 탄소섬유 강화플라스틱 시장 확대 147 Ⅵ. 전망 151 참고문헌 152 표 차례 표 1. 촙파이버의 절단 길이 및 주요 용도 8 표 2. 탄소섬유의 특성 18 표 3. 탄소섬유 성장현황으로 살펴본 시장상황 22 표 4. 탄소섬유의 산업별 용도 23 표 5. 탄소섬유의 개발연혁 26 표 6. 탄소계 복합재 기술분류 및 적용분야 27 표 7. 내열구조용 탄소/탄소복합재 제조공정 30 표 8. 일반 산업용 탄소/탄소복합재 응용사례 32 표 9. 내열구조용 탄소/탄화규소 복합재 제조공정 34 표 10. 주요 탄화규소(SiC) 섬유의 성능 및 가격 37 표 11. 국가별 탄소소재 기술수준 비교 43 표 12. CFR TS와 CFR TP의 비교 52 표 13. 한국에너지기술연구원 중소·중견기업 지원사례 96 표 14. 탄소섬유 시장전망 116 표 15. 세계 PAN계 탄소섬유 제조업체 현황 118 표 16. 세계 Pitch계 탄소섬유 제조업체 현황 122 표 17. PAN계 탄소섬유의 생산현황 및 향후 생산계획 139 표 18. 세계 PAN계 탄소섬유 지역별·분야별 시장 추이 142 그림 차례 그림 1. 육각면체 흑연 구조도 4 그림 2. 탄소섬유 5 그림 3. 탄소섬유의 제품 형태 및 이에 따른 용도 6 그림 4. 섬유의 진화 7 그림 5. 탄소섬유의 성능별 분류 12 그림 6. Carbon turvostratic 구조 13 그림 7. 3-D graphite lattice 13 그림 8. 탄소섬유의 구조 14 그림 9. 탄소섬유의 응용분야 20 그림 10. 탄소섬유의 강도 21 그림 11. 탄소섬유 연평균 수요량 증가율, 응용분야별 연평균 증가율 24 그림 12. 탄소섬유의 제조과정 26 그림 13. 탄소-탄소 복합재의 제조공정도 28 그림 14. 탄소-탄소복합재의 적용부품 29 그림 15. 탄소/세라믹(Sic) 복합재의 적용부품 30 그림 16. Arian 5의 고체모터부품(左), 항공기용 탄소/탄소 브레이크 디스크 31 그림 17. 탄소/탄화규소 복합재의 우주항공 내열부품 적용 예 35 그림 18. 탄소-탄소 및 탄소-탄화규소 복합재의 마찰재 적용부품 36 그림 19. 탄소섬유 화학반응 38 그림 20. 탄소섬유 제조공정 개략도 38 그림 21. PAN계 탄소섬유 제조 프로세스 39 그림 22. 피치계 탄소섬유의 제조 프로세스 40 그림 23. 레이온계 탄소섬유의 제조공정 41 그림 24. 탄소섬유 복합소재가 BMW, 포르쉐 등 일부 고가 자동차 차체에 사용되고 있다. 43 그림 25. 탄소섬유를 이용해 제작된 보잉 787 JAPAN(위)과 포르셰. 44 그림 26. 세계 탄소섬유 소비량 45 그림 27. Toray사의 고성능 탄소섬유 개발 계통도 47 그림 28. 탄소섬유의 가격인하에 따른 수요증대 및 용도변화 47 그림 29. 복합재료 제조공정 개념도 51 그림 30. Autoclave 성형 54 그림 31. VaRTM의 성형모식도 55 그림 32. 하이사이클 RTM 개발컨셉 56 그림 33. HP-RTM 프로세스 57 그림 34. D-LFT 성형장비 58 그림 35. 열가소성 수지를 이용한 사출성형 59 그림 36. Infusion 공정 개요도 60 그림 37. 복합재 적용을 위한 자동차 Floor Panel의 설계변경 예 60 그림 38. KIST 탄소융합소재 연구센터 대표연구주제, 75 그림 39. 한국탄소융합기술원 추진전략 84 그림 40. 한국탄소융합기술원 탄소복합재분야 비전 84 그림 41. 한국탄소융합기술원 탄소나노튜브분야 85 그림 42. 한국탄소융합기술원 금속나노재료분야 85 그림 43. 한국탄소융합기술원 보유기술 현황 86 그림 44. 극미세 마이크로 탄소섬유 방전극을 이용한 실내용 습식 공기정화기술 88 그림 45. 초미세먼지제거 필터없는 공기청정기 개발 89 그림 46. 한국생산기술연구원 이성일원장 91 그림 47. 소방관전용 웨어러블로봇을 착용한 소방관이 계단을 오르는 모습 92 그림 48. 울산과학기술원 105 그림 49. UNIST 기계 및 원자력공학부 박영빈 교수 107 그림 50. 전 세계 탄소섬유 복합소재 수요 117 그림 51. 탄소섬유 세계 점유율 118 그림 52. BMW 독일 란츠후트 공장 직원이 기계에서 찍혀나온 콕핏에서 고무틀을 벗겨내고 있다. 124 그림 53 . BMW 딩골핑 공장에서 전기차 BMWi에 들어갈 배터리 팩을 만들기 위해 직원이 셀을 끼워넣고 있다. 126 그림 54. 탄소섬유로 만든 카메라 D5300, D3300 127 그림 55. 국내업체 탄소섬유 개발현황 129 그림 56. 글로벌 탄소 복합재 수요전망 130 그림 57. 전주 효성탄소공장 전경 133 그림 58. 효성의 탄소섬유 브랜드 탠섬(TANSOME) 134 그림 59. 세계 탄소섬유 시장 전망 138 그림 60. 제조업체별 탄소합성섬유 생산량 140 그림 61. 탄소섬유의 글로벌수요트랜드 전망수치 141 그림 62. 세계 자동차용 탄소섬유 및 CFRP 수요량 예측 142 그림 63. 탄소섬유, 자동차용 강판, 알루미늄 가격비교 145 그림 64. 국내 탄소섬유 시장현황 146 그림 65. 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)으로 만든 파이프, 탄소섬유 직조 모습, 항공기 날개와 드론 동체 148