‘17년도 탄소산업기반조성사업

RFP

한국산업기술평가관리원

	신규과제 RFP

관리번호

2017-탄소소재-일반-지정-01

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

고분자재료

섬유재료

융합유형

신제품형(  ), 고부가가치형(√), 해당없음(  )

신성장동력

ICT융합(  ), 바이오헬스(  ), 고급소비재(  ), 신소재부품(  ), 주력산업고부가가치화(√), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계(  ), 디자인연계(  ), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D(  ), 인증연계(  )

과제명

급속경화 탄소복합재료 고속 성형 기술을 응용 차량용 서스펜션 모듈 개발

1. 필요성

ㅇ 최근 자동차 산업에 있어 연비규제 및 환경 규제에 대응하기 위하여 차체 경량화 연구가 활발히 진행되고 있으며, 차량 전반의 경량화를 위해서는 서스펜션 관련 부품의 경량화가 필수임

- 특히 자동차 현가장치 부품의 핵심인 섀시 모듈은 차륜에 가해지는 하중을 분담하는 핵심 부품으로써 장착 구조의 견고함과 안전성이 매우 중요함. 섀시 모듈의 구성품은 형상이 복잡하여, 주로 기계가공, 주조 등의 공법으로 제조되어 왔으며, Steel 소재에서 최근 알루미늄 합금소재로의 전환이 이루어지고 있으나, 경량화의 한계로 인해 최근 탄소복합재료 적용이 검토되고 있음

ㅇ 시장조사기관인 Lucintel 사에 따르면, 자동차용 복합재료시장은 연 7% 가량 성장할 것으로 전망하고 있으며, 이중 성장 폭이 클 것으로 예측되는 소재는 탄소섬유강화복합소재이며, 이를 위한 핵심기술은 성형성 및 신뢰성 확보임

ㅇ 탄소복합재를 적용한 섀시부품 제조에 가장 효율적인 생상공정에 대한 연구와 성형시간 단축, 강도 보완을 위한 공정을 추가로 개선함으로써 기술적 독창성을 확보하고 성형 핵심기술 관련 원천 기술 확보를 위한 정부의 집중 지원이 절실히 필요함

- 특히, 개발제품의 양산성 확보를 위한 내구신뢰성 확보는 정부차원의 지원이 꼭 필요함

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 급속경화 탄소복합재료 고속 성형 기술을 응용한 차량용 경량 서스펜션 모듈 개발 (TRL :  [시작] 5단계 〜 [종료] 7단계)

- 성형시간 단축을 위한 3차원 preform 제작용 charging 기술 개발

- Scrapping Prepreg를 적용한 제품의 최적 경량화를 위한 부분 강화 설계 기술 개발

- 급속경화용 열경화성 수지가 적용된 CFRP 서스펜션 부품 (Knuckle, Control Arm 등)용 금형 개발 및 성형 기술 개발

- 금속재 대비 25% 이상 경량화된 CFRP 적용 서스펜션 부품을 이용한 서스펜션 모듈 개발

- 개발 서스펜션 모듈의 밸지안로 내구시험을 통한 내구성 평가

- 소재 변경에 따른 서스펜션 모듈의 부품간 적용 적합성 향상을 통한 차량거동 (조향성/승차감) 연구

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계 최고수준
1	Knuckle 경량화율 (Al대비)	%	25% 이상	20%	25% (미국/포드)
2	Control Arm 경량화율 (Al 대비)	%	30% 이상	30%	27% (이탈리아/람보르기니)
3	Top Mount Assy. Torque 저감	%	기존제품 대비 25% 저감	10 Nm 기준 (금속소재 기준)	8 Nm 기준 (미국/크라이슬러)
4	서스펜션 모듈 정강도	%	Input Load 100% 만족	1,000 N 기준 (금속소재 기준)	1,100 N 기준 (미국/크라이슬러)
5	Large Stone Impact Test	-	파손없음	파손없음 (금속소재 기준)	파손없음 (미국/크라이슬러)
6	서스펜션 모듈 대상내구성	-	밸지안로 3000Km 후 파손없음	밸지안로 3000Km 후 파손없음 (금속소재 기준)	밸지안로 3000Km 후 파손없음 (미국/크라이슬러)
7	시편 경화 속도	min.	2 이하	5	2 (미국/Hexcel)
8	CFRP Component 제작시간 (Net-shape Time)	min.	40 이하	적용사례 없음	적용사례 없음

1~2번 : 기존 소재 대비 무게 ((기존 제품 – 개발 제품)/기존 제품 * 100%)

3~4번 : 차량 제조사 시험 기준 만족 목표 (국내외 수준은 일부 완성차 시험조건 기준이며, 과제 제안시 차종, 제조사 명시에 따라 시험 기준이 다를 수 있음)

5번 : speed 55 km/h, Impact Jig ø55, 4kg, 상온 조건 시험

6번 : 로드시뮬레이션 시험을 통한 밸지안로 평가

7번 : 두께 2 mm 판넬, 150℃ 기준

8번 : Net-Shape Time : Carbon Chip Charging ~ 제품성형 시간, Trimming 및 정밀가공 시간은 제외

ㅇ TRL 핵심기술요소 (CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	급속경화 CFRP 등 적용 서스펜션용 단위 부품	7	- 단위부품 3개 이상 단위부품 완성차 요구 물성 결과 - 정량적 목표 성능 공인성적서	현장평가/ 공인시험기관
2	급속경화 CFRP 적용 서스펜션 모듈	7	- 서스펜션 모듈 시제품 1건 이상 내구시험 결과 3,000km 확보 - 평가보고서	현장평가/ 공인시험기관

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 39개월 이내 (1차년도 개발기간 : 5개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘17년 3.5억원 이내 (총 정부출연금 19.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2017-탄소소재-일반-지정-02

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

고분자재료

섬유재료

융합유형

신제품형(  ), 고부가가치형(√), 해당없음(  )

신성장동력

ICT융합(  ), 바이오헬스(  ), 고급소비재(  ), 신소재부품( ), 주력산업고부가가치화(√), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계(  ), 디자인연계(  ), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D(  ), 인증연계(  )

과제명

Multi-materials CFRP/foam 적용 side body structure 부품의 35% 경량화 기술 개발

1. 필요성

ㅇ 국제환경규제 및 연비규제에 적합한 차량용 소재 개혁 (giga steel, 경량 마그네슘, 알류미늄 합금, CFRP 등)이 진행되고 있으며, 기존 차량용 부품에 대한 소재/공정변화를 통해 경량, 친환경 및 안정성 향상된 부품단 개발이 요구되고 있음

- 대표적 부품 중 side body structure는 차량의 안전과 주행감성을 요구하는 부품으로 최근 강화되는 충돌법규를 충족하기 위한 부품의 설계공정 및 기존 부품수의 감소를 통한 CFRP 적용부품의 단가문제를 해결해야함

- BMW의 경우 CFRP 부품 공정을 개선하여 50%의 공정비용을 절감했으며, 국내외 수송용 부품분야에 대한 국내기업의 경쟁력을 확보를 위해 side body structure 부품의 부품 수 감소 및 경량화 등을 통한 경제성 확보가 절실함

ㅇ 자동차 바디부품의 2020년 세계시장규모는 62 조원으로 예상되며 연평균 6%의 성장을 보이며, 환경문제 및 연비개선을 위해 경량 고강도 소재인 CFRP 적용 부품이 국외 완성차 업체 중심으로 제품화 시도 중임

ㅇ Side body structure의 부품 수 감소 설계기술을 통한 차량용 바디부품 공정개선 및 multi-materials CFRP/foam 기반의 소재부품기술을 확보하여, 기존의 국외 선진사의 사례와 차별화된 경량 차량용 바디 부품화 기술이 필요함

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 최적의 압축 및 충격강도에 안정적인 CFRP/foam 소재 최적화를 통한 부품 간소화 및 35% 경량화된 side body structure 부품 및 공정 시스템 개발 (TRL :  [시작] 5단계 〜 [종료] 7단계)

- CFRP/foam 형태주1)의 복합 multi-materials주2) 소재 최적화 기술 개발

- 자동차용 CFRP 소재부품의 성능 최적화와 비용 최소화를 위한 설계기술개발

(기존의 차량용 side body structure주3) 부품수 기존대비 65% 이상 간소화 설계)

- Side body structure 모듈의 가공기술 및 시제품 개발

주1) Foam의 형상은 SMC, BMC, TMC, PU foam 등 부품의 충격과 구조적 강도를 보완할 수 있는 수준의 보강재가 사용되어야 함

주2) CFRP/foam이 주된 구조소재가 되며, 국부보강용 금속 소재를 혼합한 형태의 소재부품 요소를 의미함

주3) Side body structure의 경우 side body에 관련된 부품 단 이상의 제품군을 의미함

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표			단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	기존 대비 경량화		%	35 이상	적용사례 없음	30 (독일/BMW)
2	부품수 감소		%	65 이상	적용사례 없음	60 (독일/BMW)
3	부품 내식성 평가		%	100	적용사례 없음	100 (독일/BMW)
4	Skin파트 굴곡강도		MPa	400 이상	300 (UD 스킨기준)	360 (독일/랑세스)
5	Core파트	비인장강도	MPa/(g/cm3)	15 이상	적용사례 없음	15 (독일/에보닉)
		비압축강도	MPa/(g/cm3)	1,000 이상	적용사례 없음	1,000 (독일/에보닉)
6	Barrier Weight of Low Speed Pole Crash Test (25km/h)		외관평가	PASS	PASS (기존 금속)	PASS (독일/BMW)

1번 : 기존 제품 대비 무게 실측 (적용 예상차종의 실무게 명시필요)

2번 : 기존 부품조립시 부품의 개수를 확인, 개발될 모듈에 사용될 부품의 개수 기재 (적용 예상차종의 부품수 명시 필요)

3번 : KS D 9502 규격에 따라 부식시험 후 ASTM D 5868으로 평가

4번 : ASTM D 790 규격에 따라 평가

5번 : ISO 527-2, ISO 844 규격에 따라 평가한 후 단위 비중 (ISO 845)으로 나눈 값 (압축의 경우, 3% 변형시 강도)

6번 : FMVSS 214 Pole Crash Test 인용 (Pole Diameter : 254mm) or 그에 준하는 낙추실험 진행 (충격에너지 700 J 이상)

ㅇ TRL 핵심기술요소 (CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	차량용 side body structure 용 multi-material CFRP/ form 부품	7	-Multi-materials CFRP/foam 부품 개발 보고서	전문시험기관
2	차량용 side body structure 부품수 간소화 공정	7	-Side body structure 시제품 -Side body structure 간소화 65% 달성 결과보고서 도출	전문시험기관

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 51 개월 이내 (1차년도 개발기간 5개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘17년 5.6억원 이내(총 사업비 37억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2017-탄소소재-일반-지정-03

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

고분자재료

섬유재료

융합유형

신제품형(  ), 고부가가치형(√), 해당없음(  )

신성장동력

ICT융합(  ), 바이오헬스(  ), 고급소비재(  ), 신소재부품(  ), 주력산업고부가가치화(√), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계(  ), 디자인연계(  ), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D( )

과제명

Hybrid Wet Compression Molding 기반 Trunk Lid 양산화 기술개발

1. 필요성

ㅇ 최근 환경공해가 사회적으로 중요한 문제로 부각되면서 세계적으로 자동차 배기가스 및 연비에 대한 규제가 강화되고, 충돌 법규의 강화에 따른 충돌 안전성에 대한 요구도 계속 높아지고 있음

- 더욱이 고객의 요구에 따른 편의장비의 증가로 인한 차량 중량의 증가는 동력성능과 연비를 저하시키고, 제작비용의 증가를 초래하여, 차량 중량의 40%에 달하는 차체부품의 중량을 감소하고자“CFRP 경량차체부품 개발”에 역량을 투입 중

- Wet Compression Molding (WCM) 공정은 HP-RTM (High Pressure-Resin Transfer Molding) 공정 대비 수지주입 과정의 생략이 가능하며 높은 금형표면 온도를 확보할 수 있어 공정시간의 50% 단축이 가능하며, 부품 표면 top coating 가능하여 외장부품에서 중요한 Class A 확보가 용이 함

ㅇ 자동차 시장에서의 탄소섬유 소비는 2012년에 2,150톤 수준이었으며, 2015년 6,000톤, 2020년 18,200톤, 2025년 55,400톤의 수요가 예측되며 (2016 야노경제 연구소 자료), 2020년 이후의 금속 대체 CFRP화는 고가 차종뿐만 아니라 일반 자동차에도 채용이 기대됨

ㅇ 탄소섬유 hybrid-WCM 공정기술 및 부품설계의 요소‧기반기술이 국내에 미확보 되어있으며 관련 공정장비는 유럽이 독점하여 고가로 판매되고 있어 차별화된  공정기술 개발을 통한 초경량 부품 제조기술 확보가 절실히 필요함

- 연속사 고속공정인 WCM과 비연속사 기반 복잡형상 구현이 가능한 carbon-SMC (sheet molding compound) 기술이 융합된 hybrid-WCM 기술이 적용된 부품은 고강도‧고강성이 확보되어 양산차의 다양한 차체 부품에 확대 적용이 가능함

- 복잡형상 적용에 제한이 있는 WCM 공정에 carbon-SMC 기반의 구조체를 형성함으로써 고강성을 확보하여 Trunk lid와 같은 대면적 부품의 일체화가 가능함

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : Hybrid Wet Compression Molding 기반 Trunk Lid 양산화 기술개발

(TRL :  [시작] 3단계 〜 [종료] 7단계)

- 연속사 기반 Wet Compression Molding과 비연속사 기반 Carbon-SMC의 고속성형 융합공정 기술 개발

- 양산성 확보를 위한 부품 성형시간 단축 공정 기술 개발(5분 이내)

- Hybrid WCM 기반 Truck Lid 설계 기술 개발

- Hybrid WCM을 통해 고강도·고강성·고품위 표면이 확보된 양산차 대응 inner/outer 일체형 초경량 trunk lid 개발

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계 최고수준
1	인장강도	MPa	330 이상	300	300 (독일/BMW)
2	제품 경량화	%	25 이상	적용사례 없음	25 (독일/BMW)
3	섬유함량 (WCM)	%	55 이상	적용사례 없음	55 (미국/Huntsman)
4	내식성 (염수분무)	hour	720 이상	720 (금속 기준)	720 (독일/BMW)
5	부품 치수안정성	%	±5 이하	±10	±5 (독일/BMW)
6	trunk lid 비틀림 강성	mm	3 이하	3 (금속 기준)	3 (독일/BMW)
7	trunk lid 굽힘 강성	mm	10 이하	3 (금속 기준)	5 (독일/BMW)

1번 : ASTM D 638 규정에 의거 평가 (시편 규격 TYPE1, 시험속도 50 mm/min)

2번 : 기존 금속소재 기반 trunk lid 무게 대비 경량화율 (설계 기반)

3번 : ASTN D 3171 (모재소각법) 규정에 의거 평가

4번 : 부식성 (MS600-66, 복합 환경 부식 촉진 평가 (CCT-C)) 규정에 의거 평가

5번 : C/F 또는 금형의 펀치 상에서 치수오차를 측정하여 가장 오차가 큰 값을 mm로 표기

6~7번 : 시험하중 10 kgf 인가 후 잔류 변형량 (mm) 평가, 국내 수준은 현 금속소재 적용 수준

ㅇ TRL 핵심기술요소 (CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	3차원 형상 프리 프레그 프리폼 제조 기술	7	-3차원 형상 프리 프레그 및 공정 프로세스 기술 -평가보고서	실험실 평가/ 전문시험기관
2	복잡형상 대응 WCM 금형기술	7	-복잡형상 대응 금형 및 공정 프로세스 기술 -평가보고서	실험실 평가/ 전문시험기관
3	WCM Trunk lid 최적 설계 및 신뢰성 평가 기술 개발	7	-실환경 조건에서의 변형억제 효과 재현 -평가보고서	전문시험기관

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 51개월 이내 (1차년도 개발기간 : 5개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘17년 4.5억원 이내 (총 정부출연금 37억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2017-탄소소재-일반-지정-04

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

고분자재료

요소부품

융합유형

신제품형( ), 고부가가치형(√), 해당없음(  )

신성장동력

ICT융합(  ), 바이오헬스(  ), 고급소비재(  ), 신소재부품(√), 주력산업고부가가치화(  ), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계(  ), 디자인연계(  ), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D(  ), 인증연계(  )

과제명

100 만 접합 피로내구성 및 80 MPa급 접합강도를 가진 금속/CFRP 간 하이브리드 리벳팅 기술 개발

1. 필요성

ㅇ 현재 수송용 부품을 제작하기 위해 경량화 및 고강도 부품 기준을 충족시키는 다양한 신소재 또는 이종재료간의 접합이 이루어진 부품을 광범위하게 사용함. 특히, 2017년 신형 차량의 경우 금속/금속, 금속/CFRP 등 이종소재간 접합을 위해 다양한 접합기술을 적용함.

- 이종접합소재를 사용할 경우 경량성과 이종소재 각각의 장점을 발휘한 부품이 제조되기 때문에 효과적인 부품설계가 가능하지만, 기존 구조용 접착제의 이종소재간의 접합강도가 최대 30 MPa 수준으로 낮아 훨씬 높은 접합강도를 확보하여 이종소재간 구조적 안정성을 가진 부품 설계 개발이 절실함.

ㅇ 전체 수송용 부품 접합 관련 시장은 2021년까지 연간 사용량 7%의 성장이 예상되며 2017년도 세계시장 접합시장 규모는 약 10 조원 정도로 예상됨. 해당 기술은 도입단계의 기술로 향후 성장 가능성이 매우 높으며, 초기 기술개발 시 시장 선점에 유리함

ㅇ 수송용 제품은 수천 개의 부품이 접합되어진 접합기술로 CFRP 신소재와 금속간의 접합은 선진국에서 원천기술 확보를 위해 많은 연구개발을 시도하고 있으나, 아직 접합강도가 낮아 부품 설계해석에 애로사항이 존재함. 따라서 수송용 부품의 접합 기술원천성을 확보할 수 있는 정부 주도의 연구개발 지원을 통해 조기에 글로벌 기술 경쟁력을 확보하여 관련 시장 선점을 위한 노력이 절실히 필요함.

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 100 만 접합 피로내구성 및 80 MPa 급 접합강도를 가지는 하이브리드 리벳팅 기술 개발 (TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

- 하이브리드 리벳팅을 통한 80 MPa급 접합강도 확보

- 100 만 피로 안정성 및 외부 환경변화에 안정적인 하이브리드 리벳팅 기술 확보

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	접합강도	MPa	80 이상	-	80 (독일/폭스바겐)
2	접합시편 내구시험	cycle	1,000,000 이상	-	1,000,000 (독일/BMW)
3	염수분무 실험	hr	300 이상	100	300 (일본/미쯔비씨)
4	기계적 체결강도	kN	9 이상	5	9 (독일/Audi)

1번 : 하이브리드 리벳팅 기술은 화학적 접합 (표면처리, 실란트 등)과 기계적 접합의 기술융합을 의미함, 하이   브리드 리벳팅 기술을 이용한 CFRP/금속 간의 접합강도 (ASTM D1002)

2번 : 하이브리드 리벳팅한 시편단위의 내구실험 (ASTM E 466-07)

3번 : 접합강도 (T.S)의 40% 수준(40 MPa)의 피로하중에서 피로한도 만족 (KS D9502)

300 hr 염수분무 후 접합부 강도저하율 5%이하

4번 : 체결강도 시험 시편에 하이브리드 리벳팅을 실시한 시편을 이용한 평가실시 (ASTM D5961)

ㅇ TRL 핵심기술요소 (CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	하이브리드 리벳팅 기술	7	- 하이브리드 리벳팅 기술을 이용한 양산가능한 제품화 관련 보고서 및 시제품	현장평가/ 공인시험기관
2	이종접합을 위한 표면개질 기술	7	- 공인시험성적서	현장평가/ 공인시험기관

1번 : 하이브리드 리벳팅 기술이 개발되고 실제 공정에 적용 가능한 기술임을 입증할 수 있는 설계 또는 제품   화 가능성 평가와 관련된 계획 보고서 필요

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 39 개월 이내 (1차년도 개발기간 : 5개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘17년 3.5 억원 이내(총 사업비 19.5 억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2017-탄소소재-일반-지정-05

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

고분자재료

섬유재료

융합유형

신제품형(√), 고부가가치형(  ), 해당없음(  )

신성장동력

ICT융합(  ), 바이오헬스(  ), 고급소비재(  ), 신소재부품(√), 주력산업고부가가치화(  ), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계(  ), 디자인연계(  ), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D( )

과제명

열가소성 PC 수지 시스템을 이용한 저온 충격 특성 및 난연성이 우수한  수송 기기용 탄소 복합재료 부품 개발

1. 필요성

ㅇ 열경화성 프리프레그는 보관 및 성형 공정에 있어서 생산성의 한계로 인해 자동차, 전자기기 및 건축 분야 등의 산업 확산이 어려운 실정임

- 열가소성 수지 CFRP는 열경화성 수지 CFRP에 비해 대량 생산 공정에 유리하고, 재활용이 가능하므로 환경적 측면에 적합함

- PC(폴리카보네이트) 수지는 열가소성 수지 중에서도 엔지니어링 플라스틱으로 수지 자체의 기계적 물성이 우수하며, 특히, 내충격성이 매우 우수한 성질을 가지고 있어 이를 복합 재료에 적용할 시 우수한 특성을 부여할 수 있음

ㅇ 글로벌 열가소성 수지 prepreg 시장은 2015년부터 2020년까지 연평균성장율 11% 의 고성장이 예상되고, 2020년 $84million (약 1,000억원)의 시장이 예상됨

- 2015년부터 2020년까지 연평균성장율 11% 로 고성장이 예상되고, 환경 규제 등의 환경적 이슈로 인해 재활용이 가능한 열가소성 수지의 수요는 꾸준히 증가하는 추세임

ㅇ 복합 재료용 열가소성 PC 수지 시스템을 이용한 탄소복합재료 부품 개발은 고가 및 대규모 장치를 기반으로 집중 기술 개발이 수행 되어야 하므로, 소재 개발 단계부터 정부의 체계적이며 정책적인 지원이 필요함

- 컴파운드 기술 등을 통하여 개발된 복합 재료용 열가소성 PC 수지 시스템 및 이를 이용한 탄소복합재료 부품 개발이 필요함

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 복합 재료용 열가소성 PC 수지 시스템 개발 및 이를 이용한 수송 기기용 탄소 복합재료 부품 (TRL :  [시작] 5단계 〜 [종료] 7단계)

- 열가소성 프리프레그 : 난연성, 우수한 굴곡 물성, 고내열성 (HDT >140℃) 이상의 탄소섬유 함량 55 wt% 이상의 프리프레그 제조

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성 목표	국내 최고수준	세계 최고수준
1	탄소섬유 함량	wt%	57 이상	적용사례 없음	57 (TenCate/UK)
2	밀도	g/cm3	1.55 이하	적용사례 없음	1.55 (TenCate/UK)
3	열변형온도 (HDT)	℃	153 이상	적용사례 없음	153 (TenCate/UK)
4	굴곡 강도	MPa	916 이상	적용사례 없음	916 (TenCate/UK)
5	굴곡 강성	GPa	58 이상	적용사례 없음	58 (TenCate/UK)
6	Void Contents	%	5 이하	적용사례 없음	-
7	난연성	-	V0	적용사례 없음	V0 (TenCate/UK)
	수송기기용 부품	건	1 이상	적용사례 없음	-

ㅇ TRL 핵심기술요소 (CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	열가소성수지 탄소 복합재료 성형 (프리프레그)	7	- 열가소성 수지 탄소섬유 프리프레그 공정 기술 - 평가보고서 - 시험 성적서	실험실 평가/ 전문시험기관
2	열가소성수지 탄소 복합재료 성형 (부품성형)	7	- 열가소성 수지 탄소 복합재료 성형 공정 기술 - 평가보고서	실험실 평가/ 전문시험기관

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 51개월 이내 (1차년도 : 5개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘17년 3.5 억원 이내 (총 정부출연금 31.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2017-탄소소재-일반-지정-06

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

화학공정

고분자재료

융합유형

신제품형( √ ), 고부가가치형(  ), 해당없음(  )

신성장동력

ICT융합(  ), 바이오헬스(  ), 고급소비재(  ), 신소재부품(√), 주력산업고부가가치화(  ), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계(  ), 디자인연계(  ), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D( )

과제명

재활용 탄소복합재를 이용한 친환경 rCF (recycled Carbon Fiber) pellet 기반 원가 절감형 Cross Member 제조기술 개발

1. 필요성

ㅇ 차량 하체 부품인 크로스멤버 (Cross Member)는 자동차 차체의 앞뒤와 좌우 방향의 뒤틀림과 구부러짐을 막기 위해 옆 방향으로 뻗어 있는 핵심 부품으로 현재 Al 중공주조를 통하여 제작 중이나, 최근 자동차 경량화 요구가 강해지고 있음

- 탄소섬유복합소재 (CFRP)는 차량중량 감소와 관련된 연비 향상, 배기가스 저감, 안전성 증대와 관련된 차체 고강도화를 해결할 수 있는 기술이나 고가의 소재와 공정효율 측면에서 단점이 있어, 자동차 부품산업에서 요구되는 생산성과 단가를 시장 요구 수준으로 만족시키는 연구가 필요함

- 재활용 탄소섬유 (rCF)를 이용한 Pellet 제조 기술은 CFRP 제조 공정에서 발생되는 부산물을 재활용하여 기존 CF pellet에 비해 가격이 저렴하여 원가 경쟁력을 기대할 수 있음 (기존 제품대비 50%이하)

ㅇ 수송기기, 우주/항공 등 탄소섬유 복합재료 적용시장은 연간 15% 이상의 성장률 (Visiongain 2013)을 보이며 급증하고 있으므로, 향후 폐 탄소섬유 복합재료 재활용에 대한 시장개척 차원에서 기술의 선행개발이 요구됨

- (공정 스크랩 재활용) 자동차 적용 복합소재 비중은 점차 확대될 것으로 보이고 있으며, CFRP의 경우 부품 제작과정에서 30% 이상의 탄소섬유가 손실되고 있음

- (CFRTP 기반 재활용) ’15년 전세계 CFRP 수요량은 연간 9,000톤 이상으로 추산되며, 향후 열가소성 수지 기반 복합재료 비중이 급증할 것으로 예측됨 (’20년 자동차 적용 복합소재 비중 : 16~24%, 출처 : Ward’s Auto World. 2010)

ㅇ CFRP의 자동차 적용 확대를 위해서는 높은 소재 단가 및 손실을 낮춰야 하며, 이를 해결하기 위해 재활용 탄소섬유 (rCF)를 이용한 Pellet 제조기술 개발을 통한 국내기업의 시장경쟁력 확보 차원에서 정부의 집중 지원이 요구됨

- 본 제안기술은 CFRP 양산의 가장 큰 문제점인 소재 활용율 제고 및 재활용 문제가 극복할 수 있는 친환경·경제적 기술로 글로벌 환경보호 차원에서 정부 지원을 통한 기술 확보가 시급함

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 재활용 탄소복합재를 이용한 친환경 rCF pellet 기반 50% 이상 원가 절감형 Cross Member 제조기술 개발

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 6단계)

- rCF 제조 공정 기술 개발 (열가소성 탄소복합재료 및 dry 공정 스크랩 대상 재활용 기술 개발)

- 친환경적이며 원가경쟁력을 확보한 비연속상 재활용 탄소섬유 (rCF) 기반 열가소성 수지조성물 (rCF pellet) 개발

- rCF Pellet 기반 복합소재 적용 Cross Member 개발

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표			단위	달성목표	국내 최고수준	세계 최고수준
1	rCF	회수율	%	93 이상	적용사례 없음	93 (독일/CFK Valley Recycling)
2		물성유지율 (Virgin 소재대비)	%	TS 85 이상 TM 95 이상	적용사례 없음	TS 85, TM 95 (독일/CFK Valley Recycling)
3	rCF pellet	굴곡탄성율	MPa	10,000 이상	적용사례 없음	11,000 (독일/BASF 신재 사용)
4	Cross Member	정강도	kgf	2,000 아상	2,000 (기존소재)	2,000 (현 알루미늄 Cross Member 수준)
5		경량화율	%	20 이상	적용사례 없음	적용사례 없음

1번 : (사용가능한 형태로 재활용된 탄소섬유 중량)/[(폐 CFRP내 CF 중량) or (공정스크랩으로 회수된 dry CF 중량)] %

2번 : Tensile strength (인장강도) 및 Tensile modulus (인장 탄성율)를 ASTM C1557 방법을 통해서 측정하여 virgin 소재 대비 물성 유지율

3번 : Flexural modulus로 ISO 178 방법을 통해서 측정

4번 : 현재까지 재활용 탄소복합재를 이용한 Cross Member 제조 사례가 없으므로, 현재 양산되고 있는 Al 기반 제품의 특성 (완성차용)을 기준으로 함

5번 : 기존 알루미늄 적용 부품 대비 실측 (사업제안 시 적용예상 차종 명시 필요)

ㅇ TRL 핵심기술요소 (CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	rCF Pellet	6	rCF Pellet 소재 개발 1건 이상 정량적 목표 성능 시험성적서	현장평가/ 전문시험기관
2	Cross Member	6	- rCF 기반 Cross Member 시제품 평가보고서	현장평가/ 전문시험기관

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 51개월 이내 (1차년도 개발기간 : 5개월)

ㅇ 정부출연금 : `17년 6억원 이내 (총 정부출연금 31 억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2017-탄소소재-일반-지정-07

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

고분자재료

섬유제품

융합유형

신제품형( √ ), 고부가가치형(  ), 해당없음(  )

신성장동력

ICT융합(  ), 바이오헬스(  ), 고급소비재(  ), 신소재부품(√), 주력산업고부가가치화(  ), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계(  ), 디자인연계(  ), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D(  )

과제명

CFRC (Carbon Fiber Reinforced Concrete) 그리드를 활용한 내진 성능이 강화된 하이브리드 건설자재 제조기술 개발

1. 필요성

ㅇ 국내에서도 규모 3.0 이상의 지진이 연간 약 40회 이상 발생하는 등 더 이상 지진 안전국이 아니라는 인식이 확산되면서 인명 및 재산피해를 방지할 수 있는 내진성능 향상 기술개발이 요구되고 있음

건설산업 분야 내 탄소섬유 및 탄소복합재가 활용됨에 따라 기존 steel을 이용한 보강 제품군과 비교 시 원료가격은 상대적으로 비싸지만 구조물의 경량화, 우수한 내화학성, 고강도, 저신도, 취급의 용이성 등으로 인한 공사기간 단축, 내진, 구조물의 내구성 (수명) 증가 등으로 인한 유지보수비 절감효과가 매우 클 것으로 기대됨

ㅇ 2015년 내진관련 시장은 약 20억 달러 예상되며, 지진발생 횟수의 증가로 내진관련 시장의 성장률은 지속적으로 증가예상

향후 (2010-20년) 구조물 유지관리 관련 글로벌 시장 규모는 선진국의 경우 신규 건설시장 대비 약 10 ~ 57%, 아시아 지역의 개도국은 평균 약 32% 수준으로 전망됨

탄소섬유 복합재는 이러한 건설산업 이슈에 대한 가장 알맞은 재료로써 최근 많은 연구개발 및 적용되고 있으며, 건설분야에서의 CFRC 세계 시장규모는 2015년 17.6억 달러에서 2023년 31.2억 달러로 연평균 7%이상의 고성장 전망

ㅇ 2016년 9월 경주지진을 계기로 건축물 내진설계에 대한 경각심이 부각되면서 정부에서는 내진관련 규정을 강화해 가고 있으며 정부 R&D 중점투자분야에 재난재해 안전 분야가 선정된 바와 같이 국민의 안전과 건강이 관련된 분야의 R&D 집중 지원이 필요함

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : CFRC 그리드를 활용한 내진 성능이 강화된 하이브리드 건설용 자재 핵심기술 개발

(TRL :  [시작] 5단계 〜 [종료] 7단계)

- 휨거동 및 진동에 따른 수평력을 반영한 최적 이방성 CFRC 그리드 설계 및 제작기술

- CFRC 그리드 강화 콘크리트 복합패널 제조 및 제품설계 기술 개발

- CFRC 그리드 합성작용 (구속/전단연결) 분석, 고성능 파일 최적설계 및 제조 기술개발

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계 최고수준
1	CFRC 그리드 인장강도	MPa	1400 이상	-	1300 (일본/Tokyo Metropolitan Univ.)
2	CFRC 그리드 최대부하	kPa	17 이상	-	16 (일본/Tokyo Metropolitan Univ.)
3	CFRC 콘크리트 패널 에너지 소산능력 및 변위연성도	%	150 이상	100	135 (스웨덴/Luleå University of Technology)
4	CFRC 콘크리트 패널 최대 내하력	%	200 이상	100	200 (스웨덴/Luleå University of Technology)
5	동일직경 PC파일 대비 휨강도 비율	%	130 이상	100	100 (미국/Marcus H. Ansley Structures Research Center)

3~4번 :  동일사이즈의 콘크리트 패널 기준 대비

5번 : 휨강도시험 (KS F2408) : 동일 사이즈의 PC파일 대비 휨강도 비율 시험

ㅇ TRL 핵심기술요소 (CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	구조물 보강용 이방성 CFRC 그리드 성능	7	하중재하 방향별 요구 인장강도 평가보고서	실험실 평가/ 전문시험기관
2	CFRC 그리드 보강 콘크리트 복합 패널 제조기술 개발	7	CFRC 그리드 콘크리트 복합패널 성형기술 개발 및 제품성형기술 확보 시제품	실험실 평가/ 전문시험기관
3	CFRC 그리드 기반 내진 파일제조 기술개발	7	CFRC 그리드와 콘크리트 하이브리드파일성형기술 재현 시제품	실험실 평가/ 전문시험기관

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 51개월 이내 (1차년도 : 5개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘17년 3.2 억원 이내 (총 정부출연금 26 억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2017-탄소소재-일반-지정-08

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형( ), 혁신제품형(√)

연구개발/

엔지니어링서비스

섬유재료

융합유형

신제품형(  ), 고부가가치형(  ), 해당없음(√)

신성장동력

ICT융합(  ), 바이오헬스(  ), 고급소비재(  ), 신소재부품(   ), 주력산업고부가가치화(  ), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계(√), 디자인연계(  ), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D(  )

과제명

전주기 융･복합 탄소소재, 부품 인증 및 표준화

1. 필요성

ㅇ 국내 탄소복합소재의 기술적 완성도를 선진국 수준으로 높이기 위해서는 시장진입의 결정적 요소인 부품 (Components)과 완제품 (Products)에 대한 시험평가와 인증이 필수적임

ㅇ 또한, 소재 (Materials)와 중간재 (Elements)의 물성 DB 구축과, 시험평가 및 인증, 그리고 나아가 설계 (Design)기술을 포함한 융·복합 기술개발 플랫폼이 갖추어져야만 국내 중소･중견기업들의 글로벌 비즈니스 전개가 가능함

ㅇ 국내 탄소소재 시장은 2010년 기준 177억 달러 규모였으나, 2020년에는 895억 달러로 연평균 17% 이상 성장할 전망이며 2030년에는 2,168억 달러까지 성장할 것이라는 보고가 있으며, 세계시장의 규모도 이와 비슷한 성장세가 전망되어 2030년에는 2조 7000억 달러 이상의 규모로 성장할 것으로 예상됨

ㅇ 융･복합 탄소소재･부품 산업의 표준화 및 인증시스템은 B2B 형태의 산업 특성상 주로 사용자에 의해 설계되고 관리되고 있으며 적용범위, 용도전개 및 사용량 등이 증가함에 따라 제품 표준화 및 인증에 대한 수요는 증가될 것으로 예상되고 있어, 국가경쟁력과 공익성 확보를 위해 정부지원이 필요한 핵심기술임

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 전주기 융･복합 탄소 소재, 부품 인증 및 표준화

- 국가 및 국제 표준개발 (탄소섬유/복합재료 기반 중간재 및 완제품 성능평가방법)

- 표준/가속시험평가법 개발 및 신뢰성 인증

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계 최고수준
1	구조 물성 분석법 개발	건	7	-	(IMA Dresden, RWTH Aachen Univ. 및 Fraunhofer/독일)
2	국가 및 국제표준 개발	건	7	-	상동
3	신뢰성 표준 개발	건	7	-	상동
4	표준/가속시험법 개발	건	4	-	상동
5	신뢰성 인증 (중간재 또는 완제품)	건	15	-	상동
6	물성 DB 구축	건	60	-	상동

1번 : In-situ 구조물성 분석법 및 다축 (복합)환경 시험법 개발

2번 : KS, ISO/IEC

3번 : 신뢰성규격 (Reliability Standard, RS)에 따른 신뢰성 인증 (R마크)

ㅇ TRL 핵심기술요소 (CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물
1	중간재 및 완제품 구조 물성 분석법	7	In-situ 환경 분석법 개발 평가보고서
2	국가 및 국제표준 개발	7	국제표준 (ISO NP) 3건 등록 국가표준 (KS) 4건 개발
3	신뢰성 인증	8	탄소 섬유 또는 복합재 기반 중간재, 완제품 신뢰성 인증

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 51개월 이내 (1차년도 개발기간 : 5개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘17년 3.2억원 이내 (총 정부출연금 14억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2017-탄소소재-일반-지정-09

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

섬유제조공정

섬유제품

융합유형

신제품형( √ ), 고부가가치형(  ), 해당없음(  )

신성장동력

ICT융합(  ), 바이오헬스(  ), 고급소비재(  ), 신소재부품(√), 주력산업고부가가치화(  ), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계(  ), 디자인연계(  ), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D( )

과제명

방사속도 250 m/min 이상 T700급/48K 탄소섬유 제조기술 개발

1. 필요성

ㅇ 최근 탄소섬유 복합재료의 수송기기에의 적용이 확대되고 있음. 특히, 자동차의 배기가스 규제가 강화됨에 따라 (EURO-Ⅵ 및 LEV-Ⅲ) 탄소섬유 복합재료를 적용하여 수송기기의 경량화가 전 세계적 메가트랜드가 형성되었음

- 국내시장의 자립 및 세계시장으로의 빠른 진출을 위해서는 저가 탄소섬유를 공급하는 것이 핵심이므로, 저가형 T700급 라지토우 기술개발이 필요함

ㅇ 현재 우리나라의 탄소섬유 생산량은 2013년 기준 전세계의 2.4% 수준에 불과했으나, 2015년 기준 약 6% 수준으로 성장세에 있음

- 2015년 무역통계치에 따르면 탄소섬유 관련 수출이 증가추세에 있음을 확인할 수 있는데, 특히 미국 및 중국 등으로 확장세에 있음. 하지만 수입부분에서는 여전히 일본에서 탄소섬유 수입이 주요하게 이루어지고 있음을 알 수 있음

ㅇ 저비용 고품위 탄소섬유 제조기술 개발은 소재, 부품, 장비 관련 기업의 공동 연구를 통해 고도의 숙련된 연구 인력 및 기반기술의 확보가 필요하기 때문에 정부 차원의 전략적인 지원을 통해 연구개발을 추진하는 것이 필요함

- 국내 정밀화학, 기계/장비 등 관련 기업의 기술력을 바탕으로 복합재료 산업분야로의 전환을 유도하기 위한 정부의 정책적인 지원이 필요함

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 방사속도 250m/min 이상의 T700급/48K 프리커서 및 탄소섬유

제조기술 개발 (TRI : [시작] 5단계 ~ [종료] 7단계)

- T700급 물성의 48K 라지토우를 개발함에 있어, 방사속도 향상을 통해 제조원가 절감이 가능한 프리커서 제조기술 및 탄소섬유 제조기술 개발

- 프리커서의 방사속도 향상을 위한, 분자설계 기반 원료 PAN의 중합기술 개선

- 방사속도 50% 이상 향상 가능한 방사공정 및 장비 최적화 기술 개발

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계 최고수준
1	방사속도	m/min	250 이상	150	200 (일본/Toray)
2	중합수율	%	94 이상	88	94 (일본/Toray)
3	프리커서 인장강도	g/d	7 이상	7.0	-
4	탄소섬유 인장강도	GPa	5.0 이상	5.0	4.9 (일본/Toray)
5	ILSS*	MPa	80 이상	80	80 (일본/Toray)

3번 : 평가 규격 KS K 0327 : 2015

4번 : 평가 규격 ASTM D3039/D3039M-08

5번 : 평가 규격 ASTM D2344-13

* Inter Layer Sheer Strength

ㅇ TRL 핵심기술요소 (CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	방사기술	7	- 프리커서 및 물성 평가 보고서 프리커서 물성 전문시험기관 인증	전문시험기관 현장 평가
2	CF 물성	7	48K 탄소섬유 복합재료 물성 전문시험기관 인증 평가 보고서	전문시험기관

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 51 개월 이내 (1차년도 개발기간 : 5개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘17년 6억원 이내(총 사업비 38.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2017-탄소소재-일반-지정-10

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형(√), 혁신제품형( )

화학공정

섬유제조공정

융합유형

신제품형( √ ), 고부가가치형(  ), 해당없음(  )

신성장동력

ICT융합(  ), 바이오헬스(  ), 고급소비재(  ), 신소재부품(√), 주력산업고부가가치화(  ), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계(  ), 디자인연계(  ), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D( )

과제명

석유계 원료기반 초전도성 흑연섬유 제조 기술 개발

1. 필요성

ㅇ Pitch계 흑연섬유는 특유의 흑연 구조에서 발현되는 물성으로 인해 PAN계 탄소섬유와 차별화된 장점 및 적용분야를 가짐

- Pitch계 흑연섬유는 PAN계 탄소섬유로는 구현할 수 없는 높은 탄성률, 초고열전도성, 높은 전기전도성 등의 장점으로 인해, 높은 열전도성을 요구하는 우주선 TPS 시스템 (Thermal Protection System), 항공기부품 및 고성능·고집약 전자제품의 열배출을 위한 heat-sink 등에 주로 적용되고 있음

- Pitch 기반 흑연섬유 제조기술은 프리커서 제조 및 섬유 제조 등에 있어서 기술 난이도가 높고 공정 전반에 공개되지 않은 know-how가 많아 국내에는 생산기술이 전무함

ㅇ 석유화학 부산물의 고부가가치화 및 미세먼지 배출량 감소에 따른 사회적 비용 저감 가능

- 석유정제과정에서는 연간 약 100만톤의 부산물이 발생하며 이를 흑연섬유화 할 경우 연간 5조원 이상의 부가가치 창출 가능

- 석유화학 부산물은 현재 마땅한 활용 기술이 없기 때문에 주로 열원으로 사용되고 있으며 이에 따라 발생하는 미세먼지가 사회적 문제를 야기함. 따라서 흑연섬유의 원료로 활용 할 경우 미세먼지 저감에 기여 가능

ㅇ 초전도성 흑연섬유 제조기술은 기술 난이도가 높고 고가·대규모 장치 기반 산업으로, 정부 차원의 체계적인 기술 개발 지원이 절실함

- 향후 우주/항공/전자 등의 첨단 산업분야에 특화된 적용분야를 가지므로, 가격경쟁력을 갖춘 흑연섬유 제조기술 확보는 국가기반 산업 및 국가경쟁력 제고 차원에서 확보되어야 하는 핵심기술임

- 고위험·고수익의 사업으로 위험도가 높으며, 대규모의 장비 투자 및 인력 투입이 필요한 사업이므로 정부 차원의 기술 개발 지원이 시급함

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 석유계 원료기반 초고열전도성 흑연섬유 제조 공정기술 개발

(TRL :  [시작] 3단계 〜 [종료] 5단계)

- 섬유방사용 초고열전도성 프리커서 중합기술 개발

- Pitch계 흑연섬유 방사-안정화 연속공정기술 개발

- 고온 탄화/흑연화 열처리 공정기술 개발

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표			단위	달성목표	국내 최고수준	세계 최고수준
1	프리커서	초이방성	%	99 이상	-	99 (일본/Mitsubishi)
2	섬유제조 및 열처리 기술	방사성	시간	1 이상	-	1 (일본/Mitsubishi)
3		안정화	분	90 이하	-	90 (일본/Mitsubishi)
4		탄화수율	%	85 이상	-	85 (일본/Mitsubishi)
5	흑연섬유	STF	%	0.4 이상	-	0.4 (일본/Mitsubishi)
6		열전도성	W/m·K	800 이상	-	800 (일본/Mitsubishi)

5번 : Strain-to-Failure,

6번 : LFA법 (Laser Flash Analysis) 및 Lavinn-Issi측정법 기준,

* 과제 제안시 반드시 원료확보방안을 명확하게 제시할 것

ㅇ TRL 핵심기술요소 (CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	Filament형 장섬유 제조	5	- 흑연섬유 spool (10/일 이상)	시제품평가
2	흑연섬유 열전도도	5	- 열전도도 800W/m·K이상 흑연섬유 - 평가보고서	실험실평가 / 전문기관평가

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 51개월 이내 (1차년도 개발기간 : 5개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘17년 6억원 이내 (총 정부출연금 70 억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2017-탄소소재-일반-지정-11

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형(  ), 혁신제품형(√ )

고분자재료

화학공정

융합유형

신제품형(  ), 고부가가치형( √ ), 해당없음(  )

신성장동력

ICT융합(  ), 바이오헬스(  ), 고급소비재(  ), 신소재부품(√), 주력산업고부가가치화(  ), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계(  ), 디자인연계(  ), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D( )

과제명

고용량/고속충방전/장수명 인조흑연 음극재 제조기술 개발

1. 필요성

ㅇ 고출력/장수명의 특성을 발현하고 있는 인조흑연은 향후 전기차 및 에너지 저장 장치 (ESS) 등의 성장과 더불어 향후 지속적으로 성장할 전망이며, 이 분야의 시장 주도권을 갖기 위하여 고용량/장수명의 음극재 개발이 시급함.

- 음극재는 저가격으로 무장한 천연흑연과 장수명으로 무장한 인조흑연이 시장을 크게 양분하여 그 경향이 지속될 전망이며, 수명 특성이 우수한 인조흑연 음극재료는 전량 일본과 중국에서 수입 중임.

ㅇ 고용량의 이차전지가 필요한 전기차용 배터리 시장은 2016년 15.7 GW에서 2022년 94 GW로, ESS는 2016년 1.8 GW에서 2024년 16.2 GW로 성장할 것임. 이차전지 중에서 고용량 이차전지용 음극재 시장으로 한정하여도 이차전지 가격을 384 USD/kwh (`15년)과 200 USD/kwh (`24년)로 적용할 경우 4.2억불(`15년)에서 15.2억불(`24년)로 성장할 것으로 예상됨 (음극재는 이차전지 원가의 7%).

* 한국수출입은행 해외경제연구소 `17년 2월 발표자료

- 고출력, 장수명의 이차전지 시장이 급증하면서 고용량 발현이 가능해진 인조흑연 음극재는 경쟁력을 회복해 가는 추세로서, 전기차와 ESS  분야 등에서는 인조흑연의 시장성이 앞서는 경향임.

ㅇ 국내에는 수년전까지 천연흑연조차 음극재 생산으로 연결한 기업이 부재하였으며, 더욱이 인조흑연 음극재 사업을 추진한 기업의 부재로 이 분야의 연구가 정체되어 있으므로 정부차원에서 체계적인 정부 지원이 절실함.

- 국산화가 미미한 인조흑연 음극재료를 국산화하여 가격 경쟁력 및 기술의 경쟁력을 확보하는 것은 국가기반 산업 및 국가경쟁력 제고 차원에서 확보되어야하는 핵심기술임.

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 고용량/고속충방전/장수명 인조흑연 음극재 제조기술 개발

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 6단계)

- 인조흑연 음극재 제조용 피치 및 코크스 중간원료 물질 생산 공정 확보

- 리튬이차전지 음극재 상용화 공정 확립 및 성능 인증

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계 최고수준
1	초기방전용량	mAh/g	350 이상	320	350 (일본/Panasonic)
2	초기효율	%	93 이상	85	93 (일본/Hitachi)
3	고속방전 특성(5.0C/0.1C)	%	90 이상	65	90 (일본/Panasonic)
4	용량 유지율 (100 cycle)	%	90 이상	75	90 (일본/Toshiba)
5	탭밀도	g/cc	0.7 이상	-	0.7 (일본/Panasonic)
6	결정구조 (d002)	nm	0.336 이하	-	0.336 (일본/Toshiba)

* 극한환경 음극재 성능평가 (저온용량 특성/저온 고속충방전 특성/고온용량 특성/고온 고속충방전 특성) 기준과 목표치를 참여기관의 개발목표에 부합하는 지표를 선정하여 명확하게 제시할 것

ㅇ TRL 핵심기술요소 (CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	고용량/고속충방전 인조흑연 음극재 제조 기술	6	리튬이차전지 음극재 상용화 공정 확립 및 성능 인증	공인시험기관

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 51개월 이내 (1차년도 개발기간 : 5개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘17년 6 억원 이내 (총 정부출연금 38억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

과제명	탄소 융복합 인프라 장비구축사업
1. 사업목표 및 내용
ㅇ 최종목표 ‑ 자동차부품, 디지털인프라를 활용한 글로벌 수준의 탄소복합재료 부품성형 상용화지원 기반 구축을 통한 탄소소재융합부품 성형기술 및 체계적인 제품화 생산기술 경쟁력 확보 ㅇ 세부 목표 ‑ 융복합 부품·디지털기기부품·전도성탄소소재 생산지원 장비 구축 ․ 선진국 수준의 탄소소재융복합부품 성형관련 기술 조기 확보 ․ 탄소소재 고속성형·상용화 최적화 기술기반장비 구축 ․ 인조흑연용 성형지원 장비 구축 ․ 탄소소재 및 복합재료 시험생산 설비 및 생산연구 시설 구축 ㅇ 탄소 융복합 인파라 장비는 경상북도에 구축
2. 추진 체계
3. 배경 및 필요성
ㅇ 탄소소재 산업의 R&D지원이 부품소재, IT등 다양한 분야에 산발적으로 지원되었으나 체계적인 제품화 전략부재로 독자적인 생산기반 확충과 탄소소재부품화 기술경쟁력 확보가 미흡한 상황임 ㅇ 미래 핵심소재인 탄소소재 산업은 시기적으로 선진국의 기술 견제와 개발도상국의 빠른 기술추적상태에 있는 선진국 주도형 산업으로서 우리나라의 탄소산업기반을 선진국 단계로 올려놓을 수 있는 상용화지원 기반 구축이 절실히 필요함
4. 지원기간 및 예산			ㅇ 기간 : 51개월 이내 (1차년도 사업기간 : 5개월) ㅇ 정부출연금 : ‘17년 6.8 억원 이내 (총 정부출연금 38.5억원 이내) ㅇ 주관기관 : 비영리 기관 ㅇ 기술료 징수여부 : 비징수

과제명	탄소복합재 중간재 제조 인프라 구축사업
1. 사업목표 및 내용
ㅇ 최종목표 ‑ 탄소밸리구축사업의 기구축 장비와 연계된 탄소융복합 부품 연구개발 및 상용화 인프라 구축을 통한 신시장 및 신산업 생태계 창출에 기여 ㅇ 세부 목표 ‑ 탄소융복합 부품 연구개발 및 상용화를 위한 탄소복합재 대량생산공정용 탄소섬유 중간재 제조 인프라 구축 ․ 탄소섬유 중간재 R&D 및 시제품 생산관련 장비 구축 ․ 탄소섬유 중간재 엔지니어링 솔루션 지원 ㅇ 탄소복합재 중간재 제조 인프라 장비는 전라북도에 구축
2. 추진 체계
3. 배경 및 필요성
ㅇ 탄소복합재산업은 고도의 기술력과 시장 노하우가 필요한 산업으로 소재 기업(대기업), 중간재 기업(중소/중견기업)에 충분한 역량을 갖춘 후 시장 진입하는 것이 필수적 ㅇ 이를 위해, 기추진 탄소밸리 조성사업에서 미구축된 탄소섬유 중간재 제조기술 확보 인프라 구축을 통한 탄소복합재 전주기적 상용화 지원 기반 완성 필요
4. 지원기간 및 예산			ㅇ 기간 : 51개월 이내 (1차년도 사업기간 : 5개월) ㅇ 정부출연금 : ‘17년 8.4 억원 이내 (총 정부출연금 33.5억원 이내) ㅇ 주관기관 : 비영리 기관 ㅇ 기술료 징수여부 : 비징수