자동차가 포기하지 못하는 소재 – 카본

 

좀 달린다 하는 자동차에 빠지지 않고 들어가는 소재가 있다. 바로 카본이라는 소재다. 정식 명칭은 탄소섬유강화플라스틱(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plactic)으로, 영문명과 약자로 카본 내지는 카본 파이버로 부르는 것이 일반적이다.
 
카본 파이버를 알기 위해서는 섬유강화 플라스틱(FRP)을 먼저 아는 것이 필요하다. 플라스틱을 강화한 복합 소재의 일종으로 소재를 강화하기 위해 사용한 재료에 따라 유리섬유강화플라스틱(GFRP), 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 등으로 세분된다. 플라스틱과 섬유를 기본 소재로 하기 때문에 최초 제작시 성형성이 뛰어나다. 제조공정에 따라 섬유 원단에 에폭시 수지를 고르게 분포해 겹치는 작업을 진행한다. 만들고자 하는 부품의 형틀에 섬유 원단과 에폭시 수지를 중첩하고 고온으로 압착해 경화시키면 우리가 아는 FRP 부품이 탄생하게 된다. 섬유 원단에 포함되는 물질에 따라 그 종류가 나뉘게 된다. 열경화성 수지와 열가소성 수지의 차이에 따라서도 분류되지만 우리가 아는 일반적인 카본 파이버는 열경화성 수지에 해당한다.

 

 

FRP 제조 공정의 기본은 섬유 원단이다. 때문에 FRP 부품은 깨진다기보단 찢어진다는 표현이 정확하다. 때문에 파손이 일어날 경우 복구가 불가능하다. 최근엔 패치를 부착해 외관을 보수하는 방법도 있지만 외관만 보수하는 방식이다. 육안으로 보이지 않는 경우에도 금(크랙)이 갔다면 비파괴검사를 진행해야 한다는 단점이 있다. 또한 한번 성형이 끝난 다음에는 재성형이 불가능해 제조시 불량률을 낮추는 것이 관건이다. 원자재 가격이 비싸고 제조 공정이 복잡한 것 역시 비싼 가격의 요인이다.

 

 

반면 장점도 뚜렷하다. 무게가 가볍고 강성이 뛰어나다. 자동차의 거의 모든 부분을 구성하는 철보다 가볍다. 우주선에 사용되는 티타늄에 준하는 무게를 갖고 있다고 표현할 만큼 가벼운 것이 특징이다. 강성 역시 비슷한 표현을 쓸 만큼 뛰어나다. 경량화를 반드시 거쳐야 하는 고성능 자동차가 카본 파이버를 쓰는 이유다. 최근 비행기 제작에도 사용되고 있으며 골프채와 등산 스틱, 고가의 자전거 등에도 사용이 확대 되고 있다.

 

카본은 미래 소재로 각광받고 있다. 전체 산업군에서 자동차에 쓰이는 비율은 1% 미만으로 적은 편이다. 하지만 많은 회사들이 카본 소재 부품 개발에 박차를 가하고 있다. 슈퍼카로 유명한 포르쉐 역시 최근 카본 휠을 개발한 바 있으며 BMW도 M3/M4에 카본 루프를 적용하는 등 그 사용을 확대하고 있다. BMW는 포르쉐보다 앞서 M4 GTS 모델에 카본 휠을 옵션으로 적용한 바 있다. 앞으로 카본 부품 시장이 확대 될 것으로 예상되는 만큼 자동차에서도 더 많은 카본 부품을 만날 수 있게 될 것이다.

 

 

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