카본소재는 철보다 가볍지만 더 강한 신소재입니다. 탄소섬유(Carbon Fiber)로 불리며, 흔히 ‘카본’이라고도 합니다. 많은 곳에서 철을 대신하여 사용되고 있습니다. 이 소재는 얇은 실로 이루어져 있으며, 이 중 90%는 격자무늬의 탄소 섬유로 이루어져 있습니다. 열, 압력, 진공 및 화학 처리를 통해 가벼우면서도 강한 성질의 소재가 됩니다.
카본은 철과 비교하여 무게는 25% 가량 가볍지만 강도는 10배 가량 우수하기 때문에 항공기 조선 및 다양한 공학 분야에서 철을 대체할 소재로 큰 관심을 받고 있습니다.
이 물질은 전도성과 내열성이 뛰어나기 때문에 자동차 분야나 과학 분야에서의 장비 및 기구 등에도 사용됩니다. 특히 카본이 가진 “가볍다”는 성질은 항공이나 자동차 연구에서 연료 효율을 극단적으로 높일 수 있게 해주었고, 무게는 가볍지만 강도는 강한 소재가 일반인들에게도 적용되어 일상생활에서도 많이 사용되고 있습니다.
카본소재의 사용처
특히 기구를 사용하는 스포츠 분야에서도 많은 혁신을 가져오고 있습니다. 무게와 강도 같은 요소가 많이 영향을 미치는 일상에서, 특히 자전거 분야에서는 이러한 요소들이 더욱 중요하게 다뤄집니다. 자전거에서의 무게와 탄성은 속도와 안전에 직접적으로 큰 영향을 미칩니다.
그러므로 일반인이 가지고 있는 카본 제품 중 많은 부분을 차지하는 것이 바로 자전거입니다. 이런 카본이라도 장점만 있는 것은 아닙니다. 우선 카본은 가격이 비쌉니다.
철을 제단하고 용접하는 것과 같이 정형화된 기계로 작업을 처리하는 것이 아닌, 대부분의 작업이 수작업으로 이루어지기 때문에 관련된 기술에 대한 임금비용이 기본적으로 많이 들어가게 됩니다.
“카본의 원사”는 비싼 가격을 유지하는 이유는 큰 가격이 아니라 제품화하고 형태화하는 기술이 아직 완전하게 공장화되지 않았기 때문입니다.또한, 철이나 알루미늄과 같이 재활용이 쉽지 않고 강한 소재라 하더라도, 허용 범위를 초과하는 충격 등으로 파손될 경우 수리 역시 쉽지 않습니다.
다만, 어느 제품에 적용된 카본인지와 어느 부위가 손상되었는지에 따라 카본 수리 기술도 날이 갈수록 발전하고 있기 때문에 괜찮다고 생각합니다.
카본은 낱장의 원단만으로는 우리가 원하는 큰 강성 등을 얻을 수 없습니다. 제작물에 카본 섬유를 올리고 본드나 에폭시 등을 적용하고 겹겹이 쌓아서 플라스틱처럼 강화시켜 단단하게 고정하는 작업이 필요합니다.
카본과 금속의 비중
이렇게 강화시키는 카본의 제대로 된 명칭은 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)이며, 탄소섬유 강화 플라스틱이라고 합니다. 하지만 우리는 편하게 “카본”이라고 말하는 것이죠.
강하지만 무거운 철의 비중은 7.8입니다. 철은 지금까지도 대부분의 건축물과 다리, 자동차, 기계 등의 제작에 사용되는 중요한 금속입니다. 또한 철은 인체에도 중요합니다. 인체 내의 혈액 산소 운반체인 헤모글로빈은 철분이 필요합니다. 따라서 철의 중요성은 여러 측면에서 입증되고 있습니다.
알루미늄은 철보다 가볍지만 더 튼튼합니다. 이것은 2.7의 비중을 가지고 있습니다. 또한, 알루미늄은 우리 일상에서 많이 사용되는 금속 중 하나입니다. 예를 들어, 음료수 캔이나 차량의 바디, 비행기의 부품 등에 사용됩니다. 그래서 알루미늄은 우리 삶에서 중요한 역할을 합니다.
카본의 비중은 1.5~2.1입니다. 이 비중은 대기 중의 이산화탄소 농도와 직접적으로 연관되어 있습니다. 이산화탄소는 지구 온난화의 주요 원인 중 하나입니다. 따라서 카본의 비중을 줄이는 것은 환경 보호에 큰 기여를 할 수 있습니다.
더불어 카본의 비중이 높은 제품들이 환경 부담을 더 많이 주기 때문에 카본의 비중을 줄이는 것은 지속 가능한 생산 및 소비를 위해서도 중요합니다.
위에서 볼 수 있듯이, 알루미늄과 같이 비중 자체가 좋은 소재보다도 훨씬 적은 양의 카본으로 더 가볍게 제작할 수 있습니다. 카본 기술이 더 발전함에 따라 더욱 가볍게 만들 수 있을 뿐 아니라, 아직까지 카본에 대한 100%의 기술이 개발되지 않았기 때문에 미래의 카본 기술로 더욱 가볍게 만들어질 수 있다고 합니다.
카본의 장점
카본은 정확히 말하면, 인장 강도에서 알루미늄이나 철보다 훨씬 강한 성질을 보여주며, 또한 원자 구조가 플라스틱과 같아서 부식이나 녹이 생기지 않습니다. 내열성은 카본의 우수한 장점 중 하나이지만, 이는 어디까지나 “탄소 섬유” 내에서의 강함일 뿐 실제로 직접 불에 가열되는 상황에서는 철보다 강할 수 없습니다.
이는 카본이 탄소 섬유와 탄소 섬유 사이에 에폭시와 본드 등으로 강하게 고정되며 겹겹이 쌓이는데, 탄소 섬유는 내열성을 갖추고 있어도 그 사이에 채워져 있는 에폭시와 본드는 그 열을 견디지 못하고 탈락이 일어나기 때문입니다. 물론 그 차이도 다른 재질보다는 견디는 힘이 강하긴 하지만요.
자전거에 관심이 많아서 자전거 제품의 재료에 대해 궁금증이 생겼습니다. 이에 따라 가장 많이 사용되는 카본(Carbon) 재료에 대해 조사하고 포스팅해보았습니다.
기술이 더 발전하면 언젠가는 카본 제품의 생산성에도 분명한 변화가 있을 것입니다. 그러면 저렴한 가격에 좋은 품질의 카본으로 만들어진 자전거를 마음껏 타보고 싶습니다.
