흔히 카본이라 부르는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)은 탄소 섬유와 플라스틱(폴리머 매트릭스)을 결합한 복합 재료입니다.
탄소 섬유는 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN) 또는 콜타르(Coal tar)에서 제조된 물질로 만들어지며 높은 온도에서 처리되어 순수한 탄소 섬유가 됩니다. CFRP는 탄소 섬유를 에폭시, 폴리에스터와 같은 폴리머 매트릭스와 결합시켜 만들어지며, 따라서 CFRP는 강하고 가벼운 소재가 됩니다.
카본이 가볍고 단단한 이유
폴리머 매트릭스는 가볍지만 탄성률이 낮아 사용에 제약이 따릅니다. 이를 극복하기 위해 탄성률이 높은 탄소 섬유와 결합하여 비강도가 높은 재료를 만듭니다. 이러한 강화재가 결합된 복합재료는 내구성을 높이면서도 가벼운 소제로 제작이 가능합니다.
폴리머 매트릭스는 탄소 섬유를 보호하고 균일하게 분산시키는 역할을 합니다. 탄소 섬유는 규칙적인 배열로 인해 인장 강도가 매우 높으며 이러한 방향성은 전체 재료의 강성을 증가시킵니다.
강철의 인장 강도는 약 400에서 550 MPa 사이입니다. 카본은 강철보다 약 75% 가볍고 무게 대비 최대 5배 더 강합니다.
알루미늄의 인장 강도는 90에서 690 MPa 사이입니다. 카본은 알루미늄과 비슷한 인장 강도를 가지지만 40% 가볍습니다.
*재료 및 가공 조건에 따라 다소 차이가 있을 수 있습니다.
카본의 다양한 적용 분야
카본은 특성 때문에 다양한 분야에서 광범위하게 활용됩니다. 항공우주 산업에 사용되며 비행기, 우주선 등에 내구성을 확보하고 중량을 줄일 수 있습니다. 또한 자동차 산업에서 스포츠카, 경주용 차량 차체, 엔진 부품 등에 사용되어 차량의 효율과 성능을 향상시킵니다. 스포츠 장비에서 골프 클럽, 테니스 라켓, 자전거 프레임 등에 카본이 쓰이며 가볍고 내구성이 높은 제품이 생산되고 있습니다.
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