[생활속과학]강철보다 강한 플라스틱 'CFRP'

[생활속과학]강철보다 강한 플라스틱 'CFRP'

김승준 기자 입력 2022. 04. 23. 08:00 

 

14일 서울 강남구 코엑스에서 열린 국제 복합소재 전시회 'JEC 아시아 2018'에서 참관객들이 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 3D 프린터로 만든 자동차를 살펴보고 있다. 2018.11.14/뉴스1 © News1 구윤성 기자

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 주변에서 쉽게 볼 수 있는 플라스틱은 대부분 강철에 비해 강도가 약해 쉽게 깨지지만, 탄소섬유를 더하면 상황이 달라진다. 강철보다 강하고 상당히 가벼운 물질이 탄생한다. 바로 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)이다.

탄소섬유는 탄소 원자가 규칙적으로 길게 결정을 이뤄서 섬유의 형태를 띠고 있는 물질로, 섬유의 지름은 약 10㎛(마이크로미터, 100만분의 1미터) 수준의 가는 물질이다.

 

탄소 섬유는 섬유의 수직 방향의 충격에는 약하지만, 잡아당기는 힘에 대해 버티는 '인장강도'가 좋다. 또 열팽창이 적고, 열과 화학약품 내성을 가지는 등 좋은 물성을 가지고 있다.

 

CFRP는 플라스틱 안에 탄소 섬유가 일정하게 섞여 있는 구조지만, 플라스틱과 탄소섬유의 장점을 극대화하는 시너지 효과가 일어난다.

 

현대 고층 건물은 철근콘크리트를 이용해 지어진다. 콘크리트는 인장강도가 약한 것이 단점인데, 철근이 이를 보완해준다.

 

CFRP도 마찬가지로 플라스틱에 부족한 인장강도를 탄소섬유가 보강해준다. 또 플라스틱은 탄소섬유에 대한 충격 보호 효과를 낸다.

 

플라스틱과 탄소섬유의 시너지 효과로 CFRP는 강철보다 가벼우면서 강한 성질을 가지게 돼, 가볍지만, 튼튼한 부품이 필요한 수많은 분야에 활용된다.

 

대표적인 것이 무게는 곧 비용으로 연결되는 항공우주분야다. 1980년대 이후 민간에서 응용이 활발히 시작된 이후, CFRP는 자전거, 자동차, 풍력발전기 날개(블레이드) 등으로 활용처가 넓어지고 있다.

 

특히 자동차의 경량화는 연비와 연결되고, 궁극적으로는 탄소 발생 감축과도 연관되어있다. 가벼울수록 연료 소모가 줄어들어 같은 거리를 이동해도 탄소를 덜 발생 시킬 수 있는 것이다.

 

국내 연구소 중에는 한국과학기술연구원(KIST)의 복합소재기술연구소가 활발히 관련 연구를 진행하고 있다. 복합소재는 CFRP나 철근콘크리트와 같이 여러 소재의 장점을 살릴 수 있도록 고안된 혼합 소재를 말한다.

 

연구소에서는 Δ탄소섬유 Δ탄소나노튜브 섬유 ΔCFRP Δ붕소나노튜브(BNNT) 등의 소재 연구와 함께, 복합소재 활용 분야 확대 및 재활용 기술 연구도 이뤄지고 있다.

 

seungjun241@news1.kr

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