실계산 조각 · 탄소섬유

여객기 무게의 절반이
검은 실이다

보잉은 787을 두고 “기체 무게의 약 50%가 복합재”라고 적습니다. 동체와 날개가 알루미늄이 아니라 탄소섬유를 굳힌 것이라는 뜻입니다. 얼마나 강하길래 그러는지, 법이 정해 놓은 자로 직접 재 봅니다.

손잡이

재료

무엇으로 재나

섬유가 차지하는 부피 60 %

★섬유 그대로는 실 한 올의 값이라 실제 부품보다 후하게 나옵니다. 판때기로를 누르면 수지를 섞은 진짜 부품에 가까운 값이 됩니다 — 그래도 알루미늄을 크게 앞섭니다.

비강도

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비강성

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밀도

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수출통제 문턱

—

이 자는 제가 만든 게 아닙니다

재료를 견줄 때 흔히 ‘가볍고 강하다’고 말하는데, 그건 재는 방법을 안 정한 말입니다. 그런데 미국 수출통제 목록이 그 방법을 문장으로 못 박아 두었습니다 — “영률(파스칼)을 비중량(N/m³)으로 나눈 값”. 나누면 단위가 미터가 됩니다.

왜 미터냐면, 이 값이 자기 무게로 끊어질 때까지 늘어뜨릴 수 있는 길이이기 때문입니다. 같은 목록이 비강성 10.15×10⁶ m, 비강도 17.7×10⁴ m를 넘으면 전략물자로 다룬다고 적어 두었습니다. 위 화면의 붉은 점선이 그 선입니다.

손잡이를 돌려 보세요. 알루미늄은 문턱 근처에도 못 갑니다. 반대로 골프채·낚싯대에 쓰는 T700S조차 두 문턱을 다 넘습니다 — 법이 보기에는 그것도 이미 전략물자 선 위입니다. (다만 목록은 스포츠용품·자동차·공작기계·의료용을 따로 빼 줍니다.)

값의 절반은 섬유가 되기 전에 붙는다

그럼 이 물건은 왜 비싸고, 왜 아무나 못 만드나 — 원가를 공정별로 갈라 보면 답이 한 칸에 몰려 있습니다.

↓ 이 그림이 말하는 것

1 병목은 ‘실이 되기 전’에 있다

48%전구체 — 아크릴로니트릴 · 중합 · 방사 미국 에너지부 원가 분해에서 1kg $27.93 중 $13.50이 여기 붙습니다. 탄소섬유 값의 절반이 아직 탄소가 아닌 단계에서 정해집니다.

등급아무 아크릴 섬유나 안 됩니다 같은 자료가 이유를 적어 놨습니다 — 옷감용은 아크릴로니트릴 함량이 보통 93% 미만인데 전구체용은 95% 초과, 토우 수도 옷감은 10만 이상, 전구체는 5만 미만. 이름만 같고 다른 물건입니다.

수직화그래서 직접 만듭니다 도레이가 미국 공장을 지으며 쓴 표현이 “전구체 실 · 탄소섬유 · 프리프레그를 한 줄로 이은 통합 생산라인”입니다. 사 오는 게 아니라 붙여서 짓습니다.

2 만드는 곳이 네 군데다

4곳보잉·에어버스 1차 구조재 공급 거점 도레이 자료에 일본 · 미국 · 프랑스 · 미국·네덜란드 네 거점만 적혀 있습니다. ‘만들 수 있다’가 아니라 ‘인증을 통과한 라인’이라는 뜻입니다.

50년왜 늘리기 어려운가 같은 자료가 품질 책임 항목에 “항공·우주·방위용으로 인증된 재료”와 “50년간 쌓인 데이터”를 나란히 적습니다. 새 라인이 서도 인증이 따라와야 그 자리에 들어갑니다.

28%도레이 한 회사의 몫 레귤러 토우 15% + 라지 토우 13%. 나머지를 여러 회사가 나눠 갖습니다.

3 장부가 말하는 것

11.6
→24.0매출은 8분의 1, 자산은 4분의 1 도레이 탄소섬유 부문은 전사 매출의 11.6%인데 총자산의 24.0%, 감가상각의 24.2%를 씁니다. 돈이 아니라 설비가 먼저 들어가는 사업이라는 뜻입니다.

한국도레이 한국 라인 · 그리고 효성첨단소재 위 막대의 한국 TAK은 도레이의 구미 공장입니다(4,700 → 7,950 t 증설). 국내 기업으로는 효성첨단소재가 탄소섬유를 하고, 사업보고서에 정량 목표로 “2028년까지 글로벌 점유율 3위”를 적어 놓았습니다.

출처 · 원가 분해 = 미국 에너지부 수소프로그램 2023 연차검토, 오크리지 국립연구소 · 생산능력·점유율·거점 = 도레이 IR Day(2026-06-09) 탄소섬유 사업 발표자료 · 세그먼트 숫자 = 도레이 2026년 3월기 결산자료 세그먼트 주석 · 효성첨단소재 = 사업보고서 · 물성 = 도레이 제품 데이터시트, 알루미늄 = MIL-HDBK-5H · 문턱값 = 미국 수출관리규정 ECCN 1A002.b.1.
★비중(%)은 인쇄된 값끼리 나눈 것입니다. ★문턱값은 복합재 구조·적층판 조문(1A002.b.1)의 것입니다. 섬유 자체를 다루는 조문은 번호가 다르니 여기 숫자를 다른 조문에 옮겨 쓰면 안 됩니다.

풀고 있는 식

비강도 = σ ÷ (ρ × g) 강도를 무게로 나눈다. 단위는 미터.
비강성 = E ÷ (ρ × g) 탄성률을 무게로 나눈다. 수출통제 조문의 정의 그대로.
ρ_복합재 = V_f·ρ_섬유 + (1−V_f)·ρ_수지 혼합법칙. 수지 밀도 1.267 g/cc.
검산: V_f 48.4% 를 넣으면 1.525 g/cc — 같은 데이터시트의 인쇄값 1.52 와 맞는다.

층마다 실의 방향을 돌린다

탄소섬유는 실이 늘어선 방향으로만 셉니다. 옆으로는 약합니다. 그래서 여러 층을 각도를 돌려 가며 겹칩니다 — 아래에서 그 각도가 층마다 바뀌는 것이 보입니다.

적층 · 층마다 각도를 돌려 사방으로 세게 만든다끌어서 회전 · 휠로 확대 · 손 떼면 다시 돈다

0° 층±45° 층90° 층
한 방향으로만 쌓으면 그 방향으로는 강철보다 세지만 직각으로는 손으로 찢깁니다. 각도를 섞어야 사방으로 버팁니다.

그래서 부품마다 적층 순서가 다릅니다 — 어느 방향으로 힘을 받느냐에 맞춰 설계합니다. 금속처럼 “재료 하나”가 아니라 쌓는 방법까지가 재료인 것이 이 물건의 특징입니다.

실 굵기와 층 수는 보이기 위해 과장했습니다. 실제 프리프레그는 훨씬 얇습니다.

실물은 이렇게 생겼다

위 판은 제가 계산해서 그린 비교표입니다. 이 글이 “검은 실”이라고 부르는 그 물건이 실제로 어떻게 생겼는지, 라이선스가 확인되는 사진으로 짚습니다.

탄소섬유 다발(토우) 하나가 오른쪽 끝에서 풀려 수많은 검은 실오라기로 흩어져 있고, 아래에 센티미터 자가 놓여 굵기를 가늠할 수 있다.

① 실 한 가닥이 아니라, 수천 가닥을 묶은 다발이다

왼쪽에서 오는 검고 납작한 띠가 토우(tow), 즉 탄소섬유 다발입니다. 오른쪽 끝은 일부러 풀어 놓은 것인데, 거기서 보이듯 그 띠 하나가 머리카락보다 가는 실 수천 가닥으로 이루어져 있습니다. 아래 자의 눈금이 센티미터라, 묶여 있을 때의 굵기가 고작 몇 밀리미터라는 게 눈으로 잡힙니다.

이 글의 요점이 여기서 보입니다 — 강한 건 덩어리가 아니라 결입니다. 실이 늘어선 방향으로는 강철을 이기지만, 그 방향을 벗어나면 그냥 실입니다. 그래서 위 표의 단방향 값은 결을 따라 잰 것이고, 실제 부품은 방향을 바꿔 겹겹이 쌓아 만듭니다.

사진 Cjp24 · 퍼블릭 도메인 · 위키미디어 커먼즈

이 화면은 이 네 종목 이야기입니다● 시세 불러오는 중

기준일을 100으로 놓고 그린 선입니다. 통화가 서로 달라 지수로 겹쳤습니다.

보잉이 글의 그 787 — 기체 무게 절반이 복합재라고 적은 당사자. 에어버스A350 이 같은 길 — 두 회사가 탄소섬유 수요의 큰 몫이다. 롤스로이스엔진 팬 블레이드에도 복합재 — 가볍게 돌수록 연료가 준다. GE에어로스페이스같은 엔진 시장의 반대편 — 결을 따라 감는 기술이 경쟁력.

같은 기술의 서로 다른 칸입니다. 주가가 이 기술 때문이라고는 말하지 않습니다.