카본의 장점과 단점 소재에 대한 상식 -탄소섬유

카본은 탄소섬유?

 

카본은 철보다 가볍지만 철보다 강한 신소재입니다. 탄소섬유(Carbon Fiber)라고 부르며, 흔히 카본이라 일컬으며, 많은 곳에서 철을 대신할 소재로 사용 중에 있습니다. 얇은 실로 이루어져 있으며, 이 중에서 90%는 격자무늬의 탄소섬유로 이루어져 있습니다. 열과 압력 진공 및 화학처리를 통해 가벼우면서도 강한 성질의 소재가 되는 것이죠.

 

카본은 일반적인 철과 비교했을 경우 무게는 25%가 덜 나가지만 강도는 10배가량 뛰어남을 보여주기 때문에 항공기 조선 및 여러 공학에서 철을 대신할 소재로써 많은 각광을 받고 있습니다. 또한 전도성과 내열성도 좋아 자동차 분야나 과학분야에서의 장비 기구 등에도 쓰이고 있습니다. 특히나 카본이 가진 성질 중"가볍다"의 장점은 항공이나 자동차의 연구에서 연료 효율을 극단적으로 줄일 수 있게 되었고, 일상생활에서의 일반인들에게도 무게가 가볍지만 강도는 강한 소재에 대해 적용이 되면서 특히나 기구를 사용하는 스포츠의 분야에서 많은 혁식을 일으켰습니다.

 

그중 무게와 강도의 영향을 많이 받는 일상에선 특히나 자전거 분야에서 더욱 특화되고 널리 사용되고 있는데요. 자전거에서의 무게와 탄성은 속도와 안전에 직접적으로 큰 영향을 부여해 일반인이 가지고 있는 카본 제품 중 굉장히 많은 부분을 차지하는 게 바로 자전거의 영역입니다.

 

이런 카본이라도 장점만 있는 것은 아닙니다. 우선 카본은 비쌉니다. 공장처럼 정형화된 기례로 철을 제단하고 용접하듯이 나오는 게 아니고 거의 대부분의 작업이 수작업으로 이루어지기 때문에 관련된 기술에 대한 임금비용 자체가 기본적으로 많이 들어가는 것입니다.

 

카본의 가격

 

"카본의 원사"는 큰 가격이 아니지만 그것을 제품화시키고 형태화 하는 기술을 아직까지 완전 공장 화가 되지 않았기 때문에 비싼 가격을 유지하고 있는 것입니다. 또한 철이나 알루미늄처럼 재활용에 쉽지가 않고 강한 소재라 하더라도 허용범위 이상의 충격 등으로 파손이 될 경우 수리 역시 쉽게 되지는 않습니다. 다만 어느 제품에 적용된 카본인지, 어느 부위의 손상인지에 따라 카본 수리기술역시도 나날이 발전하고 있기 때문에 괜찮다고 생각합니다.

 

카본은 그냥 낱장의 원단으로는 우리가 원하는 큰 강성 등을 얻을 수 없습니다. 제작물품에 카본 섬유를 올리고 본드나 에폭 시등을 올리고 겹겹이 쌓으면서 플라스틱처럼 강화시켜 단단하게 고정하는 작업이 바탕이 되는데 이렇게 강화시키는 카본의 제대로 된 명칭은 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 즉 탄소섬유 강화 플라스틱이라고 합니다. 하지만 우리는 편하게 통칭"카본"이라고 줄 여말 하는 것이죠.

 

강하지만 무거운 철의 비중은 7.8

철보다 가볍지만 튼튼한 알루미늄의 비중은 2.7

카본의 비중은 1.5~2.1

 

위에서 볼 수 있듯이 비중 자체가 좋은 소재라 불리는 알루미늄보다도 훨씬 적게 나가며, 사실 위 카본의 비중에서 기술력에 따라 더욱 가볍게도 제작을 할 수 있다고 하며, 아직까지 카본에 대한 100%의 기술이 나오지 않았기에 미래의 카본 기술로는 더 가볍게도 만들 수 있다고 합니다.

 

 

카본의 강도

 

카본은 정확하게 말하면 인장강도에서 알루미늄이나 철보다 훨씬 강한 모습을 보여주었고, 또 원자체가 플라스틱으로 볼 수 있어 녹이나 부식이 일어나지 않습니다. 내열성도 카본의 우수한 장점 중에 하나긴 하지만 그것은 어디까지나"탄소섬유"라는 한계 내에서의 강함이지 실제로 직접 불에 가열을 한다던가 하는 상황에선 철보다 강할 순 없습니다. 우선적인 이유는 위에 설명한 대로 카본은 탄소섬유와 탄소섬유 사이에 에폭시와 본드 등으로 강하게 고정시키며 겹겹이 올라가는데 탄소섬유는 내열을 버틴다 해도 그사이에 채워져 있는 에폭시와 본드는 그 열을 견디지 못하고 탈락이 일어나버리는 것이죠. 물론 그 차이도 다른 재질보다는 당연히 견디는 힘이 강하긴 하지만요.

 

자전거에 관심을 많이 가지다 보니 재료에 대해 궁금함이 생겼고, 그로 인해서 가장 말이 많은 카본에 대해 알아보고 포스팅해봤습니다. 언젠가 기술이 더욱 발달하면 카본 제품의 생산력에도 분명 기술의 변화가 생기겠죠? 그러면 저렴한 가격에 좋은 품질의 카본으로 만들어진 자전거를 마음껏 타보고 싶습니다.