주변에서 쉽게 볼 수 있는 플라스틱은 대부분 강철에 비해 강도가 약해 쉽게 깨지지만, 탄소섬유를 더하면 상황이 달라지는데요. 강철보다 강하고 상당히 가벼운 물질이 탄생하는데 이것을 바로 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)이라고 합니다. 탄소섬유가 생소한데 탄소섬유의 정의와 탄소섬유 강화 플라스틱 'CFRP'이 어디서 활용되느지 알아볼게요~
강철보다 강한 플라스틱은? 탄소섬유강화플라스틱 'CFRP'
◇ 탄소섬유란?
탄소섬유의 시작은 100년 전으로 거슬러 올라갑니다. 에디슨이 대나무 섬유를 탄화해서 전구 필라멘트로 사용했던 것이 탄소섬유 활용의 시작이라고 할 수 있습니다.
여기서 말하는 탄화는 나무 같은 유기물을 가열할 때 열분해가 일어나면서 비결정 탄소를 생성하는 현상을 말하는데요. 예를 들면 공기를 차단시킨 상태에서 목재를 태우면 숯이 되는 것이 탄화 현상이라 할 수 있습니다.
탄소섬유는 먼저 원료를 고온고압으로 고분자 용액으로 만든 후 (중합), 실 모양으로 만들어서 (방사), 탄소만 남도록 1200도 이상 고온에서 태워서 (소성) 만듭니다. 탄소섬유는 꿈의 신소재라고 불리기도 하는데요.
무게는 강철의 4분의 1 정도밖에 안되지만 강도는 10배가 높아서 항공 우주 분야나 자동차, 선박 등 다양한 분야에 활용될 수 있기 때문입니다.
탄소섬유는 탄소 원자가 규칙적으로 길게 결정을 이뤄서 섬유의 형태를 띠고 있는 물질로, 섬유의 지름은 약 10㎛(마이크로미터, 100만 분의 1미터) 수준의 가는 물질입니다.
◇ 탄소섬유 특징
탄소 섬유는 섬유의 수직 방향의 충격에는 약하지만, 잡아당기는 힘에 대해 버티는 '인장강도'가 좋습니다.
또 열팽창이 적고, 열과 화학약품 내성을 가지는 등 좋은 물성을 가지고 있는 걸로 알려져 있습니다.
CFRP는 플라스틱 안에 탄소 섬유가 일정하게 섞여 있는 구조지만, 플라스틱과 탄소섬유의 장점을 극대화하는 시너지 효과가 일어납니다.
CFRP도 플라스틱에 부족한 인장강도를 탄소섬유가 보강해주며 탄소섬유에 대한 충격 보호 효과를 냅니다.
◇ 탄소섬유 강화 플라스틱 'CFRP'은 어디에 사용될까?
플라스틱과 탄소섬유의 시너지 효과로 CFRP는 강철보다 가벼우면서 강한 성질을 가지게 돼, 가볍지만, 튼튼한 부품이 필요한 수많은 분야에 활용되는데요. 대표적인 것이 무게는 곧 비용으로 연결되는 항공우주분야입니다. 1980년대 이후 민간에서 응용이 활발히 시작된 이후, CFRP는 자전거, 자동차, 풍력발전기 날개(블레이드) 등으로 활용처가 넓어지고 있는 추세이며, 특히 자동차의 경량화는 연비와 연결되고, 궁극적으로는 탄소 발생 감축과도 연관되어 있습니다.
가벼울수록 연료 소모가 줄어들어 같은 거리를 이동해도 탄소를 덜 발생시킬 수 있는 것이죠.
국내 연구소 중에는 한국 과학기술연구원(KIST)의 복합소재기술연구소가 활발히 관련 연구를 진행하고 있는데요. 복합소재는 CFRP나 철근콘크리트와 같이 여러 소재의 장점을 살릴 수 있도록 고안된 혼합 소재를 말합니다.
연구소에서는 Δ탄소섬유 Δ탄소 나노튜브 섬유 ΔCFRP Δ붕소 나노튜브(BNNT) 등의 소재 연구와 함께, 복합소재 활용 분야 확대 및 재활용 기술 연구도 이뤄지고 있습니다.
댓글