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따뜻한 겨울나기의 핵심! 카본 섬유를 소개합니다
2012. 12. 5. 13:34
손은 시리고, 따끈한 국물이 생각나는 것 보면
이제 진짜 겨울이 왔네요!
공기도 차가워져서 조금만 오래 밖에 있어도 볼이 빨개지고 아침에는 영하의 온도가 이제는 이상하지 않습니다. 그래서인지 조금만 밖에 있다가도 빨리 집에 들어가서 따뜻한 이불에 쏘~옥 들어가고 싶은 생각이 간절한 요즘입니다. 집에서도 조금 더 따듯하게 있고 싶은 마음에 지난 봄에 잘 모셔두었던 전기요와 전기 히터가 슬슬 나와 자기 자리를 찾아가고 있는데요~ 잠자리에 전기요를 펼치고 두꺼운 이불을 덮으면, 아~ 세상을 다 갖은 듯한 이 행복감! 다들 공감하시죠? ^^
이렇게 추운 겨울을 따듯하게 해주는 전열기구의 대표주자 전기요와 전기 히터! 그 속에는 무엇이 들어 있길래 이렇게 꽁꽁 언 몸을 녹여줄 수 있을까요? 바로 전열선이라고 하는 것이 들어 있는데요, 이 전열선은 저항이 아주 커서 전기를 열로 변환시켜주는 역할을 합니다. 그래서 가장 많이 사용되는 니크롬선에 경우 이러한 역할 아주 잘 해주는 대표적인 전열선인데요, 니켈과 크롬이라고 하는 두 물질을 섞어서 만든 합금입니다.
그러나 이렇게 전기로 열을 만들어내는 기기들의 가장 큰 문제는 전기 사용량이 많다는 점인데요, 그래서 많은 기업과 연구소에서는 더 적은 전기를 사용하는 전열기구를 만들기 위한 노력이 진행되고 있습니다. 이러한 연구 중의 하나로 카본 섬유를 이용하여 전열선을 만드는 것이 있습니다. 기존의 전열선에 비해 많은 장점을 가지고 있어서 벌써 몇몇 제품들은 카본 섬유를 이용해 제작되고 있죠. 그래서 오늘은 추운 겨울, 꽁꽁 언 몸을 사르르 녹여주는 카본 섬유에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
카본 섬유란 섬유 내의 탄소원소의 질량 함유율이 90% 이상으로 이루어진 섬유를 말합니다. 거의 대부분이 탄소로만 이루어져서 Carbon(탄소)이라는 단어를 붙여서 부르고 있는데요, 이러한 카본 섬유를 만드는 재료는 크게 세가지가 있습니다. 고무와 합성섬유의 원료로 많이 사용되는 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), 자동차가 슝-슝 잘 달리게 해주는 아스팔트의 원료 피치(Pitch), 그리고 누에고치의 실크에 도전하는 인조실크 섬유인 레이온이 대표적입니다.
이와 같은 세 가지 재료를 이용해 카본섬유를 만들게 되는데요, 그 과정은 생각보다 간단합니다. 가열만 해주면 되는 것이죠! 그러나 폴리아크릴로니트릴을 이용해 만드는 경우에는 한번이 아닌 세 번이나 가열해서 카본섬유를 만들게 됩니다. 왜 그러냐구요? 탄소를 제외한 다른 원소를 제거하기 위해서죠~ 섬유를 이루고 있는 원소는 대부분 탄소가 많지만, 그 외에 질소나 산소, 황과 같은 원소들이 있습니다. 이러한 원소들은 아주 높은 온도로 가열하게 되면 쉽게 공기 중으로 날라가지만, 탄소에 경우는 그렇지 않기 때문에 가열을 하면 탄소만 남아있게 됩니다.
가열을 통해서 만들어진 카본 섬유는 많은 장점을 가지고 있습니다. 불에 쉽게 타는 다른 섬유에 비해서 열에 무척이나 강하고, 화학적으로도 안정합니다. 밀도도 낮아서 엄청 가볍고 마찰과 마모에 강하고, 전자파를 차단하는 기능에 생체친화적이며 유연하기까지! 어쿠~ 장점만 나열해도 끝이 없네요^^
이렇게 카본 섬유가 좋은 특성을 지닌 이유는, 바로 섬유의 특이한 형태 때문인데요, 내부를 잘 살펴보면 꿈의 소재라고 불리우는 그래핀과 유사한 형태도 있고, 매우 비싸지만 아름다운 다이아몬드 형태도 있습니다. 이러한 두 가지 형태가 뒤죽박죽 섞이면서, 그래핀의 장점인 전기 전도성을 지니게 되었고, 또 다이아몬드가 지닌 튼튼한 성질도 갖게 되었습니다.
대표적인 카본섬유의 장점을 뽑자면, 철보다는 가볍지만~ 강도는 10배인 튼튼함을 빼놓을 수 없습니다. 그래서 항공기와 우주선을 만드는데 카본 섬유를 사용하고 있습니다. 더 적은 연료로 더 멀리 갈 수 있기 때문이죠! 또 카본섬유에는 열에도 강하다는 장점이 있는데요~ 우주선이 지구를 벗어나거나 돌아올 때 엄청난 열이 발생하게 되는데, 바로 이 때를 대비해 우주선에는 카본 섬유가 포함되어 있다고 합니다.
이외에도 건축자제 및 내진 설계에 이용하기도 하고 천연가스를 운반하는 탱크에도 사용되기도 합니다. 또 우리가 매일매일 자주 접하는 각종 스포츠 용품과 모바일 기기, 케이스까지..! 모두 가볍고 튼튼하다는 장점 때문인데요~ 최근에는 일부 스포츠카에도 카본 섬유가 금속을 대신해 사용된다고 하네요! 정말 신기하죠?
이러한 용도 외에도 저항을 높인 카본 섬유의 경우 열을 발생하는 장치로도 사용이 될 수 있습니다. 기존의 할로겐이나 니크롬을 이용해 만든 발열체는 전기를 많이 사용하지만, 카본 섬유로 만든 것은 이보다 적은 양의 전기를 사용하면서도 집안을 따뜻하게 해줄 수 있습니다. 게다가 눈부심도 적고 카본섬유가 전자파를 차폐하는 기능이 있어서 나오는 전자파의 양도 아주 적다고 합니다. 열에도 강해서 오랜 시간 사용해도 성질이 변하지 않아서 효율이 떨어지지도 않아서 최근 우리나라에서는 전열기구에 카본 섬유를 적용하고 있습니다.
다양한 곳에 사용되는 카본섬유, 장점이 너무 많아서 더 이상 좋은 카본 섬유는 나오지 않을 것 같지만~ 이보다 더 좋은 특성을 갖는 카본 섬유가 있으니!! 바로, 탄소나노튜브입니다. 기존의 카본 섬유는 강철보다 강하지만 반복적인 구김에는 약하다는 단점이 있는데, 탄소나노튜브는 이러한 구김에도 강하고 오히려 원래 상태로 돌아오려는 특성을 가지고 있습니다. 그리고 기존보다 전기전도도 좋고 열에 대해서 더 강하다고 알려있어서 카본섬유의 다크호스로 부각되고 있습니다.
이렇게 탄소나노튜브가 기존의 탄소섬유보다 장점이 많은 이유는 무엇일까요? 육각형의 탄소가 이어져 있는 그래핀을 동그랗게 말아서 만들어진 튜브 형태의 물질입니다. 평면구조가 많은 카본섬유와는 다른 구조를 지녔기 때문에 형태가 접혀도 다시 원래 상태로 돌아오는 성질이 강합니다. 여기에 그래핀과 같이 전기를 잘 통할 수 있는 형태로 되어 있어 전기적인 성질도 뛰어납니다.
한화케미칼에서도 탄소나노튜브에 대해 많은 연구를 진행하고 있는데요~ 생활 곳곳에 쓰이는 용품의 필수 소재를 만들어냄은 물론 전도성 투명전극, 전도성 히팅필름, 나노 디바이스, 나노 바이오 재료 등 한화케미칼의 신소재 친환경 제품에도 적극 활용되고 있습니다.
지금까지 겨울철을 따뜻하게 해주는 카본 섬유에 대해서 알아보았습니다. 올 겨울 여러 기능으로 우리를 따뜻하게 해 줄 다양한 겨울 난방용품들, 그 속엔 카본 섬유가 있다는 사실을 잊지 마세요~!
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