4차 산업혁명시대 미래 소재로 각광받고 있는 탄소섬유의 탄생과 진화의 역사는 어떤 면에서는 드라마틱하다. 

탄소섬유는 발명왕 에디슨이 수없이 많은 실험을 거치는 과정에서 우연히 탄생시킨 소재다. 그는 대나무 껍질을 태워 전구용 탄소 필라멘트를 만들었는데 그것이 탄소섬유의 시초다. 150년간 탄소섬유가 진화하는 연대기를 살펴보면 산업혁명의 역사가 보인다.

탄소섬유가 4차 산업혁명을 견인하는 소재라는 점은 산업 분야에서 잘 알려진 사실이다. 탄소섬유는 산업소재로 쓰일 때 여러 가지 특별한 장점을 나타낸다. 금속에 비해 가볍고 강도와 탄성이 매우 뛰어나다. 내열성과 내충격성 역시 우수하다. 다양한 산업분야에서 소재로써 활용가치가 뛰어난 것은 이러한 특성 때문이다.

탄소섬유는 ▲항공 ▲국방 ▲에너지 ▲자동차 ▲의료 ▲건설 ▲스포츠 ▲농업 ▲반도체 등 산업 전 분야에서 혁신적으로 산업 경쟁력을 높이고 있는 꿈의 소재다. 전문가들은 탄소섬유의 미래 가치와 성장 가능성, 활용 분야 확장 등에 대해 주목한다.

그동안 국내·외 많은 기업들이 개발을 위해 막대한 자금을 투자해 왔으나 실패한 것이 전도성 면상 발열체다. (주)유니웜 박동수 대표는 4차 산업혁명시대 탄소섬유 산업 분야에서 주목받고 있는 인물이다. 그는 탄소섬유로써 전인미답의 산업적 가치를 만들어낸 기업인으로 탄소섬유 산업분야의 판을 흔들었다는 평가를 받는다.

탄소섬유 직병렬 직조 기술은 박 대표의 10여년 도전이 이뤄낸 성취다. 그는 열 소재 기술 개발 과정에서 주위 사람들의 반대를 설득해 내는 것이 가장 힘든 일 중의 하나였다고 말한다. 

아산시 배방면 소재 유니웜은 세계 최초로 탄소섬유 직병렬 직조 기술을 개발한 기업이다. 유니웜이 보유한 세계 유일의 탄소섬유 발열소재 제조 기술은 열 소재 산업의 혁명으로 통한다. 박 대표는 , 유니웜이 세계적인 기술개발을 할 수 있었던 주요 요인으로 정부의 지원 정책과, 충남 아산시 소재 호서대 기술경영대학원(MOT) 산학협력단의 우수한 연구인력 및 연구장비 지원을 꼽는다.

유니웜이 탄소섬유 면상 발열체 개발과 관련해 보유하고 있는 특허는 18개에 이른다. 벤처기업확인(기술보증기금), 이노비즈인증, 우수발명품 우선구매선정 확인(한국발명진흥회), 우수제품지정(조달청) 등을 통해서도 유니웜에 대한 기업평가를 확인하는 것이 가능하다.

탄소섬유는 ▲내구성 ▲내열성 ▲안전성 ▲유연성 등이 매우 뛰어나지만 이방성(Anisotropy·異方性) 성질을 지니고 있어 굴절 시 파손된다는 점이 열소재로써 치명적 약점으로 꼽힌다.

유니웜의 탄소섬유 직병렬 직조 기술은 탄소섬유가 굴절 시 파손되는 약점을 완벽하게 해결, 열 소재 산업의 대전환을 이뤘다는 평가를 받는다.

그동안 사용돼 온 금속 열선이나 온수 매트 제품들은 직렬방식으로 열선이 지나가는 부분에 집중된 높은 열로 인해, 수면장애와 저온화상, 소재의 내구성(산화 및 부식) 저하에 의한 잦은 사고 발생 등 소비자 제품 만족도를 떨어트려 왔던 것이 사실이다. 반면 유니웜의 탄소섬유 직병렬 직조 기술은 열을 골고루 분산시켜 수면을 편안하게 취하게 하고 소재의 열 스트레스를 없애 반영구적 사용이 가능토록 개발된 기술이다.

▲ (주)유니웜 공장에서 탄소섬유 면상발열체를 생산하고 있는 모습

탄소섬유 직병렬 제직 기술은 면상 발열체를 탄생시킨 신기술이다. 면상 발열체의 탄생은 에너지를 고르게 정량 분산하고 맞춤형 제품생산을 가능케 했으며 대량생산 및 제품군의 다변화를 꾀할 수 있도록 했다는 점에서 큰 의미를 지닌다.

선상 열선 발열체를 면상 열선 발열체로 대체하는 것은 열 소재 산업의 지속가능한 성장을 이끌고, 전도성 탄소분말(carbon black)을 금속 열선이나 일반 섬유에 코팅해 탄소섬유 소재로 유통시키고 있는 온열·난방 시장의 판도를 바꾸게 될 것이 확실해 보인다는 업계의 분석이 나온다.

탄소섬유 면상 발열체로 생산한 온열 제품의 성능은 ▲내열도 ▲내구성 ▲유연성 ▲전자파 ▲저온화상 ▲세탁여부 ▲편리성 ▲매트리스 위 및 내부 적용 등 전 부문에서 금속열선, 온수매트, 탄소분말 제품에 비해 월등하게 우수하다. 에너지 효율이 뛰어난 만큼 전력 사용료도 상당히 저렴하다.

유니웜의 탄소섬유 면상 발열체를 사용해 생산한 온열제품은 기존 금속 열선과 탄소 분말 발열체 제품과는 비교불가의 특성을 자랑한다. 유니웜의 탄소섬유 면상 발열체 생산 온열제품은 열전도가 균질해 이용자 화상 사고 발생 위험이 없으며 전자파로부터도 안전하다. 탄소섬유 면상 발열체 제품은 저전류(DC) 전원으로 다양한 제품 구현이 가능해 안심하고 세탁할 수 있으며 가벼워 휴대와 보관이 간편하다.

유니웜의 탄소섬유 발열 소재는 산업별 활용 범위가 대단히 넓다는 점에 관련 업계가 주목한다. 
유망한 산업은 ▲생활·레저·의료용품 ▲건설·농축산 ▲자동차산업 ▲플랜트산업 ▲반도체 분야 등으로, 산업 전반에 걸쳐 파급효과가 상당히 클 것으로 전망된다.

▲생활용품(매트 및 침대 매트리스)
연간 2조원에 이르는 국내 온열매트 시장이 급변하고 있는 양상이다. 소비자들이 온열매트 구매 선택 시 고려하는 사항은 ▲화재 위험성 ▲전자파 ▲저온화상(열 분산) ▲세탁가능 ▲침대사용 ▲가볍고 얇은 정도 ▲저전압(DC24V) ▲휴대 용이성 등이다.

국민소득 수준이 낮은 환경에서는 값싸고 홈쇼핑에 자주 등장하는 제품으로 겨울철 서민 난방을 지탱해 왔던 것이 사실이다. 그러나 국민의 생명과 재산 보호 인식이 커져가면서 정부가 사용규제를 강화해 금속열선이 시장에서 퇴출위기에 직면했으며 궁여지책으로 나온 것이 온수매트 제품이다.

온수매트 역시 시간이 흐를수록 소비자들로부터 외면 받고 수요가 줄어 K사(보일러)의 경우 온수매트 사업에서 DC(직류)24V 온열매트 사업으로 전환했으며 경쟁사도 DC(직류)24V 온열매트 출시를 준비하고 있어 시장 점유 경쟁이 치열해질 것으로 전망된다.

유니웜의 탄소섬유 면상 발열체는 소비자가 요구하는 조건을 모두 해결한 소재로 앞으로 온열매트시장에 지각변동이 예상된다.

탄소섬유 면상 발열체 소재를 사용해 생산한 매트는 드라이 크리닝 및 세탁이 가능하고 가벼워 휴대 및 관리가 편리하다. 면상 발열체 매트 생산업체들은 품질 및 가격 경쟁력을 내세워 시장 점유율을 가파르게 끌어올릴 것이라는 전문가들의 분석도 나온다.

침대 매트리스 시장에서도 유니웜의 탄소섬유 면상 발열체는 차세대 첨단 신소재로 평가받고 있어 주목된다.

유니웜은 시장 반응을 감안해 ▲면상발열체 전환을 서두르고 있는 금속열선 및 온수매트 제조·유통업체 ▲품질 및 가격 경쟁력이 높은 점을 활용해 해외 시장을 개척하는 기업 등을 대상으로 제품 공급을 확대해 나갈 계획이다.

▲의료용품(수술실 일회용 매트)

병원 수술실은 의료인 근무환경을 고려해 실내 온도를 낮게 유지한다. 그런 까닭에 수술실 환자들은 저체온증으로 인한 의료사고 및 추위에 고통을 받는다.

국내 의료기업체 2곳은 일회용 온열매트 생산을 위해 식품의약품안전청 심사를 진행하고 있으며 올해 상반기 중 의료기 인증이 이뤄질 것으로 예상된다.

유니웜은 이와 관련, 국내 의료기 생산업체 및 유통 전문업체를 선정하고 수술실 일회용 매트 생산을 위한 탄소섬유 면상발열체 안정적 공급에 적극 나설 계획이다. 수술실 일회용매트 시장에서 ▲안전성 ▲품질 ▲가격 등 측면을 고려할 때 수요자(병원, 환자)를 만족시킬 수 있는 것은 유니웜 탄소섬유 면상발열체 소재 사용 제품이 유일하다는 것이 업계의 평가다.

▲레저용품(침낭, 발열조끼, 찜질기)
유니웜은 지난 해 대기업 S사에 발열조끼 2만장을 납품했으며 올해도 20만장 납품을 진행 중이다. 낚시용 발열 의자, 침낭 생산업체들도 큰 관심을 보여 향후 성과가 기대된다. 탄소섬유 면상 발열체 소재로 생산한 고온용 사우나 헬스 케어 기기, 허리 찜질기, 휴대용 온열 매트 등도 소비자들로부터 호평을 받고 있는 제품들이다.

▲건설분야
건설·농축산 분야는 유니웜 탄소섬유 면상 발열체 소재 적용 확대를 크게 기대할 수 있는 시장이다. 유니웜은 그런 점에서 건설·농축산 분야 시장 개척과 확대에 주력할 계획이다. 건설분야에서는 온수(축열식)난방과 전기온돌판넬의 열 손실 단점을 극복하고 시공이 간편하다는 점에서 탄소섬유 면상 발열체 소재 제품이 각광받을 것으로 기대된다.

탄소섬유 면상 발열체는 임의로 크기를 재단해 건축난방용으로 간단하게 시공할 수 있다는 점이 큰 장점으로 꼽힌다. 유니웜 탄소섬유 면상 발열체는 학교와 유치원 교실, 숙박시설 객실, 군부대 내무반 등의 바닥 난방 시공에 적합해 시장 개척이 유망하다. 

▲건설분야(도로결빙 방지 시스템)
겨울철 도로에서는 블랙아이스로 인한 교통사고가 자주 발생한다. 유니웜은 블랙아이스 생성 억제를 위한 고효율 융설 포장시스템 개발을 완료한 상황이다. 탄소섬유를 망사에 직병렬로 제직한 면상발열체 제조 방법이 바로 유니웜의 특허다. 해당 특허는 블랙아이스 생성을 억제하는 효과가 뛰어나다. 

블랙아이스 생성을 억제하는 망사 발열체는 열 전도성 아스팔트 및 콘크리트 개발의 원천 기술로 시장 성장 잠재력이 풍부하다.

▲농축산분야
유니웜 탄소섬유 면상 발열체는 극한 환경에서도 안전이 보장된 에너지 절감형 농업용 난방으로써 상당한 가치를 지닌다. 탄소섬유 면상 발열체는 양액재배, 수경재배, 지중난방 등에 쓰인다. 누전으로 인한 화재 및 감전사고 위험이 없으며 전원공급을 위한 전선이 없어도 설치 가능하다. 탄소섬유 면상 발열체 시장은 농업분야에서 크게 성장해 나갈 것으로 전망된다.

유니웜은 탄소섬유 면상 발열체 개발로 농업발전에 기여한 공로를 인정받아 최근 농림축산식품부 장관 표장을 수상, 농업계의 주목을 받고 있는 강소기업이다.

▲자동차산업
탄소섬유 면상 발열체 비즈니스 모델 중에서 주목받고 있는 분야 중 하나가 자동차산업이다. 자동차산업에서는 열 분산 기술을 갖춘 탄소섬유 면상 발열체가 다양하게 활용될 것으로 전문가들은 전망한다. 핸들커버, 핸들 밑 히터박스, 콘솔박스, 도어트림, 시트 등이 탄소섬유 면상 발열체 활용 대상이다.

▲반도체분야
반도체 생산 설비에서 적정온도 유지는 매우 중요하다. 반도체 장비에서는 파이프 히팅자켓 등 동파 방지용 설비가 갖춰져야 한다. 반도체 제조 설비의 단열 및 보온과 관련, 효과적인 것이 열 분산기술 적용으로 온도를 균등하게 유지할 수 있고 내구성이 뛰어난 탄소섬유 면상 발열체다.

▲플랜트산업
플랜트산업 역시 온도에 민감한 분야이다. 탄소섬유 면상 발열체는 플랜트산업 시설의 온도를 유지하는 소재로 경쟁력이 높은 것으로 평가받는다.

▲고온용 히터 발열체 
망사형 고온형 히터 소재는 직병렬로 제직된 망사구조 발열체 표면에 실리콘 수지를 코팅해 유연성이 상당히 뛰어나다. 표면온도가 300℃ 이상 고온용 제품 생산에 효과적으로 쓰인다. 고온용 히터, 산업용 히터, 농업용 난방기기, 생활용품 등이 활용 분야다.