인류의 문명발달과 함께 각종 산업과 건축, 일상생활에 쓰이는 제품의 재료도 진화를 거듭하고 있다. 인류 역사를 석기시대, 철기시대, 청동기시대 등으로 분류하는 것도 인간이 사용한 도구의 재료와 깊은 연관성을 갖는 것으로 보인다.
석기시대 흙이나 돌, 나무 등 천연의 재료로 그릇 등 생활용품을 비롯해 집과 무덤 등의 구조물은 물론 무기까지 만들던 인간은 이후 광석에서 추출한 철과 구리 등의 광물과 석유류에서 뽑아낸 인조섬유와 플라스틱 등의 재료를 이용해 각종 소재를 개발했다.
근래에 들어서는 기존의 천연재료와 인공재료를 혼합하거나 전혀 다른 재료를 결합하는 방식의 복합재료가 개발되고 있는 중이다. 이른바 신소재의 출현이다.

탄소섬유를 원료로 하는 복합재료 또한 미래산업에서 주목받는 신소재로 떠오르고 있다.

 

 

지난달 프랑스 파리에서 열린 세계 탄소박람회에 전시된 탄소섬유복합재료로 만들어진 콘셉트카를 관람객들이 살펴보고 있다.

 

 

 

콘크리트와 철근이 결합된 철근콘크리트가 건축의 역사를 바꾸었든 탄소섬유로 개발된 탄소섬유복합재료 또한 그 활용분야가 매우 넓고 방대하다.

 

복합재료의 특징은 압축강도가 높은 콘크리트와 인장강도가 센 철근이 만나 우수한 압축강도와 인장강도를 가진 새로운 재료가 되는 이치다.
 

탄소섬유복합재료도 이와 유사하다. 탄소섬유(Carbon Fiber)에 플라스틱을 섞어 강도를 높인게 바로탄소섬유복합재료이기 때문이다. 이 재료는 플라스틱의 우수한 성형성과 탄소의 높은강도가 결합하는특징을 갖는다.
 

탄소섬유복합재료는 기지재료(Matrix)에 의해 플라스틱계, 탄소계, 시멘트계, 금속계, 세라믹계등으로분류된다. 그 중에서 플라스틱계가 주종을 이루고 있으며 탄소섬유강화플라스틱(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)은 이미 실용화 단계에 돌입했다.

고분자기지재인 플라스틱의 강도를 1이라 치면 유리섬유와 탄소섬유는 각각 25∼40이며, 강성(stiffness)은 고분자재료에 비해 유리섬유가 20배 이상이고 탄소섬유는 70배가 넘는다. 이처럼 물질의 특성이 강철보다 우수하거나 필적하고도 무게가 금속에 비해 매우 가벼워 고분자기지재료와 조합되는 탄소섬유강화플라스틱은 ‘강철보다 강하고 알루미늄보다 가벼운’ 이상적인 경량 신소재로 등장하게 된 것이다.

 

더구나 최근 들어 자동차, 항공기 등 산업 전반에서 경량화에 따른 에너지 절감이 큰 이슈로 대두되면서 기존 금속의 대체재로서 비중이 낮고 경량이면서 고강도, 고탄성을 지닌 탄소섬유복합재료의 사용이 광범위하게 도입되고 있다. 이 때문에 내구성이 30년 이상으로 유리섬유 소재보다 두 배 이상 길면서도 가볍고 단단한 특징을 갖는 탄소섬유강화플라스틱은 ‘21세기 꿈의 신소재’로 각광받게 된 것이다. CFRP(탄소섬유강화플라스틱)의 제조는 주로 그 기지가 되는 고분자 수지에 따라 열경화성(TS, Thermpsetting Resin)과 열 가 소 성 (TP,Thermoplastic Resin)으로 분류된다.