한화 케미칼 공식블로그

▲출처: beyondmaterials.com

 

비행기, 선박, 자동차는 강철로 만들어졌을 것이라고 생각하실 텐데요, 하지만 탄소섬유 개발로 인해 강철보다 가볍고 강도도 훨씬 뛰어난 탄소섬유 복합소재로 점점 대체되고 있습니다. 무게가 줄어들면 자동차 연비도 향상되고 탄소배출량을 줄일 수 있어 친환경 소재로도 주목받고 있는데요. 자동차 뿐만 아니라 건축자재, 전자제품, 스포츠 용품 등 우리 생활 속에서 광범위하게 사용되고 있지만, 아직은 생소한 탄소섬유에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

#탄소섬유란?

▲출처: craftechind.com

 

탄소섬유는 영어로 carbon fibers로, 탄소가 90% 이상으로 이뤄진 섬유입니다. 탄소 원자들은 섬유길이 발향을 따라 육각 고리 결정 형태로 붙어 있는데요. 이러한 분자 배열 구조가 강한 물리적인 속성을 갖게 합니다.

 

한 가닥의 실은 수 천 가닥의 탄소 섬유로 이뤄져 있으며 플라스틱, 유리와 결합했을 때 높은 강도의 복합재료가 만들어집니다. 탄소섬유 밀도는 강철보다 낮기 때문에 무게는 가벼우면서도 강한 특징을 갖게 됩니다.

 

 

탄소섬유의 #탄생

 

탄소섬유는 1880년 에디슨이 전구 필라멘트에 최초로 사용하면서 알려지기 시작했는데요. 1950년대부터 미국에서 우주용 기기 개발과 항공기를 개발하면서 가벼우면서도 고강성 복합재료에 대한 연구가 본격 시작됐습니다. 아크릴 섬유(PAN, polyacrylonitrile)계 탄소섬유는 일본 신도 오키오 박사에 의해 개발되었는데요. 1964년 영국의 RAE사가 PAN계 탄소섬유의 고강도화 제조 특허를 출원했으며, 이후 고강도/고탄성 탄소섬유 개발이 적극적으로 이뤄졌습니다.

 

 

탄소섬유 #종류

출처: sglcarbon.com

 

탄소섬유는 원료, 제조방법 및 조건에 따라 다른 특성의 탄소섬유가 만들어지는데요. 원료별로는 레이온을 원료로 하는 PAN계 탄소섬유와 콜타르 또는 석유 중질유분을 원료로 하는 피치(pitch)계 탄소섬유가 대표적입니다. PAN계 탄소섬유는 고강도/고탄성 재료로 항공 우주 및 산업 분야의 구조 재료용, 스포츠 레저 등 다양한 용도로 사용되고 있습니다.

 

 

탄소섬유 #특징

출처: Anderson composites

 

탄소섬유는 가볍고 뛰어난 기계적 성질, 탄소질에서 오는 뛰어난 전도성, 내열성, 저열 팽창률, 화학적 안정성, 고열 전도성 등을 지니고 있어 여러가지 용도로 다양하게 사용되고 있는데요. 철에 비해 무게가 1/5 수준이지만 강도는 10배 정도 강해 항공, 우주, 에너지, 토목, 전자, 스포츠 등 광범위하게 사용되고 있습니다.

 

 

탄소섬유강화플라스틱 #CFRP란?

출처: bmw

 

탄소섬유강화플라스틱(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)은 탄소섬유를 강화재(Reinforcement)로 하고 매트릭스 수지(Matrix Resin)를 플라스틱으로 하여 결합한 탄소섬유 복합재료로, 플라스틱의 우수한 성형성과 탄소의 높은 강도를 지니고 있습니다.

 

탄소섬유강화플라스틱은 강철보다 강하고 알루미늄보다 가벼워 이상적인 경량 신소재로 떠올랐는데요. 특히 자동차 분야에서 경량화에 따른 에너지 절감 및 탄소배출 감소가 이슈로 대두되면서 더욱 주목받고 있는 소재입니다.

 

 

탄소섬유강화플라스틱의 #활용범위

 

탄소섬유강화플라스틱은 항공기, 자동차, 버스, 트럭, 철도차량에 적용돼 성능과 내구성을 높이면서 연료를 절약해줍니다. 또한 풍력발전기의 회전날개와 부품에 적용하면 발전용량을 15배 늘릴 수 있으며, 녹슬지 않는 탁월한 내부식성으로 건물의 내외벽 및 파이프, 보강재 등 시설물 제작에 사용되고 있습니다.

 

이 외에도 가볍고 단단한 특성으로 테니스 및 배드민턴 라켓, 스케이트/스노우 보드, 낚시용구 등 레포츠 분야 뿐만 아니라 노트북, 핸드폰 케이스 등 전자분야까지 탄소섬유 강화 플라스틱의 활약을 기대하겠습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

* 이 콘텐츠의 모든 저작권은 한화솔루션(주)에 있습니다.


'케미칼_테크' 카테고리의 다른 글

철보다 10배 강한 탄소섬유  (0) 2020.01.23

Posted by 한화솔루션/케미칼

댓글을 달아 주세요