강철보다 50% 가볍지만 강도는 5배 강한 ‘탄소섬유’

▲출처: 람보르기니

 

강철보다 50% 가볍지만 강도는 5배 강한

탄소섬유

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자동차의 주행성을 향상시키기 위한 가장 중요한 요소는 바로 ‘경량화’인데요. 자동차 무게를 낮추면 주행성능뿐 아니라 연비와 이산화탄소 배출을 감소시키고, 비용절감에도 도움을 줍니다. 따라서 현재 자동차 업체들은 자동차 경량화를 위해 점점 경량화 소재 비중을 늘려가고 있는데요. 그 중에서도 ‘카본 파이버(탄소섬유)’는 스틸보다 50% 가볍지만 강도는 5배 강해 혁신적인 경량화 소재로 주목받고 있습니다.

 

 

슈퍼섬유, #탄소섬유

 

▲출처: Rvinyl.com

 

탄소섬유는 Carbon Fiber Reinforced Plastic, 즉 탄소섬유강화수지로 줄여서 CFRP라고 합니다. 탄소섬유의 가장 큰 장점은 무게대비 강도가 뛰어나다는 점인데요. 다이아몬드와 같은 흑연 결정구조라고 하는 극히 강한 분자구조로 강도와 탄성률이 뛰어나며 특히 인장강도가 매우 높습니다. 대부분이 원자량의 작은 탄소이기 때문에 가볍다는 것도 특징입니다.

 

자동차 회사들은 성능향상을 위해 차체 무게를 줄이는 데 공을 들이고 있는데요, 20세기 말부터 알루미늄 차체가 등장하고 21세기 들어서부터는 탄소 섬유 기술이 발전하면서 점점 탄소섬유 소재가 자동차에 적용되기 시작했습니다.

 

 

맥라렌 #720S 스파이더

 

▲출처: cars.mclaren.com

 

지난 6월 20일, 영국의 슈퍼카 맥라렌 720S 스파이더가 국내 공식 출시됐는데요. 맥라렌 720S 스파이더는 맥라렌 역사상 가장 강력한 스파이더 모델로 주목받고 있는데요. 맥라렌의 미래 전략 플랜인 ‘트랙 25’에 따라 공개된 세 번째 차량으로, 경량화, 주행 역동성, 에어로다이내믹 등 모든 요소가 완벽하게 어우러진 모델입니다.

 

▲출처: cars.mclaren.com

 

경량화 소재인 ‘카본 파이버(탄소섬유)’를 활용한 모노케이지II는 루프까지 적용돼 차체 무게를 확 줄였는데요. 공차 중량은 1332kg입니다. 무거운 컨버터블 장치가 탑재돼지만, 쿠페 버전에 비해 중량 증가폭을 49kg으로 제한하고, 이를 통해 경쟁모델보다 약 88kg 가벼운 공차중량을 구현해냈습니다.

 

정지 상태에서 100km/h 도달 시간은 2.9초, 200km/h까지는 7.9초밖에 걸리지 않으며, 720S 쿠페 모델과 동일한 4.0ℓ V8 트윈터보 엔진을 장착해 루프를 닫았을 경우 최고 속도 341 km/h, 열린 경우 325km/h로 쿠페 모델에 육박하는 높은 성능을 발휘합니다.

 

 

BMW #i8 로드스터

 

▲출처: bmw.co.kr

 

BMW의 플러그인 하이브리드 오픈탑 i8 로드스터는 가벼운 소프트톱으로 전체 중량감소는 물론 저중심 디자인을 완성해냈는데요. 이는 BMW i만의 혁신적인 설계개념인 ‘라이프 모듈’과 ‘드라이브 모듈’로 구성됐습니다. 탑승공간을 구성하는 라이프 모듈은 ‘탄소섬유강화플라스틱(CFRP)’로 제작돼 안전성과 차체 경량화를 극대화했는데요, BMW i8 로드스터의 공차중량은 유럽 기준으로 1,595kg입니다.

 

▲출처: bmw.co.kr

소프트톱은 시속 50km까지 15초만에 개폐 가능하며, 정지상태에서 시속 100km까지 도달하는 데 단 4.6초밖에 걸리지 않습니다. 또한 연비는 리터당 50㎞(EU기준)으로 이산화탄소 배출량은 ㎞당 46g에 불과합니다.

 

 

한화첨단소재 #CFRTPC

 

 

자동차 경량화복합소재와 부품을 생산하고 있는 한화첨단소재는 지난 3월 프랑스 파리에서 열린 'JEC WORLD 2019 국제 복합소재 전시회'에 참가해 다양한 경량소재 및 부품을 선보였는데요. 그 중에서도 열가소성 플라스틱에 탄소섬유를 보강재로 넣어 물성을 강화시킨 ‘CFRTPC’를 사용한 혁신제품을 선보여 주목을 받았습니다.

 

CFRTPC(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics )는 연속섬유강화 열가소성 플라스틱으로, 한화첨단소재에서 개발한 신소재입니다. CFRTPC는 유리섬유와 합성한 <유리섬유 CFRTPC>, 아라미드와 합성한 <아라미드 CFRTPC>로 나눌 수 있는데요. CFRTPC 시트백 프레임은 철강 대비 25~30% 무게 절감 효과가 있으며, 또한 강성은 300% 높일 수 있어 고강도 경량화 소재로 주목 받고 있습니다.

경량화복합소재가 자동차에 적용되면 탄소배출을 줄여 환경을 지키는 데에도 기여하게 되는데요. 한화첨단소재는 세계 시장 점유율 1위에 빛나는 스트롱라이트와 슈퍼라이트를 비롯해, 버프라이트, 인텀라이트 등 자동차용 경량복합소재 개발을 통해 미래 친환경 자동차 기술발전을 위해 연구를 계속하고 있습니다. 앞으로도 한화첨단소재의 활약을 지켜봐주세요.

 

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