철의 10배 강도…한 올의 실이 152㎏ 추를 매달다
아라미드보다 비중 35% 가볍고 수분 흡수율도 거의 없어
해양계류용 로프·비행기·패러글라이딩·방탄복 등에 사용

BIFOT 2010행사에서 동양제강 직원이 152㎏의 무게를 지탱하는 슈퍼PE섬유를 시연해 보이고 있다.

방탄복, 해양용 로프, 요트, 자동차, 무인헬기의 공통점은 무엇일까. 소재를 떠올리면 강한 금속이 아닐까 싶지만, 이들 제품을 만든 것은 놀랍게도 '섬유'다. 진화하는 섬유의 무한변신이 눈부시다.


◆인장 강도 와이어보다 15배

지난해 10월 부산 해운대구 벡스코에서 열린 '2010 부산국제신발섬유패션전시회(BIFOT 2010)' 행사장. 명주실 굵기의 반투명한 섬유가 거대한 쇳덩어리를 매달고 버틴다. 추의 무게는 무려 152㎏. 가느다란 실 한 가닥으로 지탱하기엔 불가능해보이는 무게다.

"철보다 10배 강도를 갖고 있는 섬유입니다. 이 실을 5㎝정도 굵기로 꼬았을 땐 60∼70t의 무게를 버텨낼 수 있죠." 이 부스를 지키고 있는 동양제강 직원의 말이다.

이 섬유의 명칭은 'UHMWPE(초고분자량 폴리에틸렌)'. 폴리에틸렌(PE)를 원료로 사용해 만든 초경량 슈퍼섬유다. 강도와 내열성이 획기적으로 뛰어난 성질을 갖고 있다. 기존 슈퍼섬유인 아라미드 섬유보다 비중이 35% 가볍고 수분흡수율도 거의 없다. 이 때문에 해양용, 산악용 로프, 낙하산, 특수신발 등 용도가 무궁무진하다.

이 섬유를 개발한 부산의 동양제강은 강철을 뽑아내는 제강(製鋼)공장이 아니라 창업 60년이 넘는 국내 최고(最古) 선박용 로프 제조 업체다. 지난 5년 동안 80억원을 들여 개발에 성공, 2009년 하반기부터 상업생산에 들어간 이 섬유는 물보다 가벼우면서도 인장 강도가 와이어보다 15배 이상 강한 대표적 산업용 섬유다.

산업용섬유 전문업체인 동양제강이 자체 기술로 국내 처음 국산화에 성공한 UHMWPE 소재 원사(제품명 미라클)는 ㎏당 3천원 정도인 폴리에틸렌을 원료로 사용해 20배 넘는 가격에 판매할 수 있는 고부가제품이다. 1300데니어(denier) UHMWPE 섬유 한 가닥(머리카락보다 가는 실 10가닥을 엮은 것)이 152㎏의 중량을 견딜 수 있어, 고강도 섬유를 요구하는 해양 계류용 로프(Mooring Rope), 비행기 프레임 등에 활용된다. 계류용 로프는 해양 원유, 가스시추선을 한곳에 고정하는 데 쓰인다. 시추선의 경우 깊은 바다 밑으로 고정해야 하기 때문에 무게가 가벼우면서 부식·내마모성 등 강도가 높은 섬유가 필요하다.

동양제강 관계자는 "섬유제품은 소재를 '섬유화(화학원료를 원사로 개발하는 일)'하는 게 가장 어렵지만 이것이 섬유산업의 꽃"이라며 "방탄복, 방탄헬멧, 산업용 장갑, 자전거 프레임, 비행기 및 풍력발전기 날개, 인공관절, 임플란트 등에 본격 적용되면 수입대체 효과만 수천억원에 이를 것"으로 내다봤다.

◆방탄재, 로프에 사용

고강력 폴리에틸렌섬유 메이커는 원조 개발자인 네덜란드 DSM사(Dyneema). DSM 특허를 상용화한 곳은 일본의 토요보사 등 3개 회사이다. 'Dyneema'라는 단어는 라틴어로 '강한 실'을 의미한다.

UHMWPE는 단위 밀도당 강철의 10배에 달하는 강도를 갖고 있다. 비중이 물보다 작아 지구상에 나와 있는 합성수지 가운데 가장 가벼워 물에 뜨는 초경량 합성수지로, 강도 및 내충격성도 뛰어나다. 게다가 원재료가 폴리에틸렌이므로 내후성, 내약품성, 굴곡피로가 뛰어나고 흡수성이 거의 없다.

국내의 경우 UHMWPE 섬유의 수요 중 90%가량이 방탄재, 로프, 어망 및 안전장갑 등으로 사용되고 있으나, 전반적인 기술은 선진국의 20% 전후 수준인 초기 개발 단계다. 국내 작업용 안전장갑의 경우, 수요가 급격히 증가해 지난해 200t을 넘어섰다.

여기에 방탄모와 주로 수입에 의존하는 유조선용 로프 및 아직 상용화되지는 않았지만 잠재시장이 큰 케이블 보강재와 어망 등을 고려할 때 조만간 수요는 최소 연간 1천t에 이를 전망이다. 2차전지 분리막, 인쇄회로기판 등의 전기전자재료용 소재 및 인공관절, 수술용 봉합사 등의 바이오소재와 같은 새로운 용도가 개발되면서 연평균 30% 이상의 꾸준한 수요 증가세를 보일 것으로 예상된다. 원료 수지의 경우 전량 수입에 의존하고 있으나, 국내 기술이 개발되어 생산된다면 수입대체 효과는 향후 약 1천억원 규모에 이를 것으로 추산된다.

국내에서는 대한유화와 동양제강 등에서 UHMWPE계 슈퍼섬유에 대한 연구를 계속하고 있으며, 동양제강은 2003년 초고분자량 폴리에틸렌섬유 개발을 시작해 2010년 7월에 원사공장을 신축했다. 현재 500∼1500denier 제품을 생산하고 있으며, 다이니마 SK65를 타깃 제품으로 제품개발 및 양산을 추진하고 있다.

대구·경북지역 대표적 기업으로는 UHMWPE 안전장갑을 생산하는 형제인터내셔널, 동화인더스트리, 낚싯줄을 수입 공급하고 있는 코러낚시, 원사를 수입하여 자체적으로 방탄복을 만들고 있는 디바인아머 등이 있다.

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