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가볍고, 강하고, 부족한 게 뭐야? 탄소섬유 이야기

2015년 9월 24일

김효준	효파	24	유기신소재파이버공학	"안녕하세요! 정많고 말많은 알려줄 것도 많은 대학생 에디터 2기 김효준입니다~저희 교수님이 항상 그러셨습니다. 가르치는 사람에게 어떻게든 무엇이든 알아가라고요. 저도 여러분에게 교수님처럼, 하지만 더 재미있게! 화학에 대한 모든 것을 알려드리겠습니다."‘섬유’와 ‘금속’하면 무엇이 생각나시나요? 저는 흐물흐물하고 유연하고, 약한 실. 단단하고, 강한 강철. 이렇게 생각이 나는데요. 여러분들도 비슷한 생각을 하고 계신가요? 지금부터 이렇게 약한 섬유가! 그렇게 강한 강철을! 이기는 마술을 소개하려고 합니다. 섬유의 반전매력! 금속을 이기는 섬유! 강철보다 강하고, 알루미늄보다 가벼운 탄소섬유에 대해서 알아보겠습니다.


탄소섬유? 탄소섬유!

복잡한 탄소섬유_구조

탄소섬유의 구조ⓒwikipedia.org

탄소섬유는 말 그대로 탄소로 이루어진 섬유를 말합니다. 탄소섬유는 아크릴이나 레이온과 같은 매우 긴 유기 섬유를 고온에서 가열하여 얻는 섬유인데요. 탄소섬유는 육각형의 고리가 계속해서 연결되어 있고, 그 육각형의 고리는 주위의 탄소 원자들과 다시 연결돼 사진과 같은 구조로 이루어져 있습니다.

이렇게 생산된 탄소섬유는 무게가 철의 25%, 강도가 철의 10배에 이를 정도로 가볍고 강해집니다. 뭉치면 산다! 왠지 뭉치면 강해지는 탄소를 두고 하는 말 같지 않나요?

Shake it! 탄소섬유와 다른 물질을 섞으면?

아이언맨 수트

아이언맨 수트ⓒwikimedia

만화나 영화에서 주인공과 다른 주인공이 힘을 합쳐 적을 무찌르는 상황 많이 보지 않으셨나요? 탄소섬유도 다른 물질과 섞이면 엄청난 힘이 생긴다고 합니다. 이를 탄소섬유 강화복합재료라고 합니다. 이름이 길어 좀 어려워 보이지만 사실 매우 간단한 원리랍니다. 전선의 선을 고무가 덮고 있듯이 탄소섬유 강화복합재료는 carbon fiber를 matrix가 덮고 있습니다. 이 matrix가 플라스틱이면 탄소섬유 강화플라스틱, 금속이면 탄소섬유 강화금속, 탄소라면 탄소-탄소 복합재료라고 부릅니다.

탄소섬유의 강함과 가벼움에, matrix 역할을 하는 물질의 특성까지 더해져서 물질에 따라 화학약품, 열, 외부 충격 등에 강한 물질로 탄생하죠. 영화 속에서 보던 아이언맨 수트도 이런 탄소섬유 복잡재료로 만들어낼 수 있지 않을까요?

내 눈 앞에, 네 눈 앞에 어디든지 – 탄소섬유의 시대

탄소섬유 적용 사례, 왼쪽부터 인공 다리, 비행기, 수퍼카

탄소섬유가 적용된 사례ⓒwikipedia.org

탄소섬유가 적용된 사례를 살펴볼까요? 현재 탄소섬유는 크게 항공우주, 자동차, 스포츠 분야에서 활용하고 있습니다. 항공 우주 분야에서는 기체 구성의 50%를 탄소복합재료로 사용하죠. 자동차 분야에서도 탄소섬유 강화 플라스틱으로 차체의 금속을 대체해 자동차 무게의 30% 정도를 줄일 수 있다고 합니다. 항공우주와 자동차 분야에서 탄소섬유를 사용해 가벼운 기체를 제작할 수 있고, 그만큼 연료도 덜 써서 환경에도 좋다고 합니다. 완전 일거양득이네요!

스포츠 분야에서는 스포츠용품의 탄성과 가벼움을 추구하는 스포츠에서 사용하고 있습니다. 하지만 아직까지 크게 상용화되지 못했는데요, 그 이유는 비싼 가격 때문이라고 하네요. 이것에 대해서는 개발이 계속 이루어지고 있답니다!

<탄소나노튜브는 뭐지?>
탄소나노튜브 구조

탄소나노튜브 구조ⓒAJC ajcann.wordpress.com, flickr.com

탄소섬유도 아직 헷갈리는데, 탄소나노튜브는 또 뭔가요? 간단하게만 소개합니다. 탄소섬유는 탄소 주위의 탄소와 전부 연결되어 있는 반면에 탄소나노튜브는 한 개의 층이 도르르 말려서 튜브 모양이 된 것입니다. 탄소나노튜브 또한 강철보다 100배나 강하고, 전기도 구리와 비슷하게 통합니다. 그리고 속이 비어있어 가벼우면서도 유연한 미래형 신소재랍니다.
 

효파의 첫 콘텐츠 탄소섬유 어떠셨나요? 복잡한 용어가 너무 많아 헷갈리셨다면 한 번 더! 쫙 읽어주세요! 그럼 탄소섬유에 대해서 간단명료하게 이해하실 수 있을 겁니다! 이 콘텐츠를 계기로 탄소섬유의 무한한 가능성을 여러분들이 이끌어 나가실 것을 바라며, 저는 이만 마치도록 하겠습니다.

※ 특성화이미지 출처: wikimedia.org

7개의 댓글이 있습니다.

  1. 부족함 없는 알찬 내용, 신선하고 재밌는 내용이네요. 다음에 또 읽으러 놀러올께요~ ♥ 화이팅!

  2. 정의진

    정말 좋은 정보 같아요
    공모전 준비중인데 정말 딱 필요한 정보를 올려주셨네요^^
    앞으로도 좋은 학술적 정보 부탁드립니다^^

  3. 박창규

    좋은글입니다.. 탄소 소재는 나노튜브와 &흑연에서 추출한 그래핀 이란 신물질이 있지요.~방탄복 반도체 이차전지 태양열전지등….이미 시제품들은 개발되거나 개발중인데 그래핀 양산이 문제인데 국내 강소기업에서 대량생산 기술 확보 추진중이랍니다.현재는 pp&그래핀 결합연구가 한창 진행 한다네요…철과결합시 자동차는물론 조선 산업일대의 혁명이 일어 날수 있는 물진 이라는데..엘지화학은 관심이 아직 없나보네요. 국내 선두전지 회사가 관심 같고 기술 협의 중이라네요…참고로 현제 싱글레이어 즉 원자를 추출 하는 기술을 확보 한상태 랍니다.ㅋ


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