1+1이 2보다 커지는 기술 '복합소재'[아무Tech]

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 콘크리트는 잡아 늘여지는 힘에 약하고 철근은 부식 문제가 있다. 둘이 합쳐지면 서로의 단점을 보완한 '철근 콘크리트'가 만들어진다.

철근과 콘크리트는 환상적인 조합으로 불리기도 하는데 외부의 온도 변화에 따른 크기 변화인 열팽창 계수도 유사하다. 온도가 변화에 비슷한 크기로 늘어나고 줄어서 함께 사용할 때 극심한 온도 변화에도 균열이나 파손 걱정을 덜 수 있다.

이처럼 서로 다른 물질을 함께 사용해 각각의 단점을 극복하는 소재를 '복합 소재'라고 한다.

복합 소재는 황토와 볏짚을 섞어 만든 황토 벽돌, 탄소 보강 골프채, 돌가루가 들어간 종이 등 다양한 영역에서 활용 중이다.

탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)은 대표적으로 연구·활용되는 복합소재다.

CFRP는 철근콘크리트처럼 잘 깨지는 플라스틱에 탄소 섬유를 혼합해 강도를 높인 소재다. 탄소 섬유는 섬유의 수직 방향의 충격에는 약하지만 당겨지는 방향의 힘을 버티는 인장강도는 좋다.

CFRP도 마찬가지로 플라스틱에 부족한 인장강도를 탄소섬유가 보강해 준다. 또 플라스틱은 탄소섬유에 대한 충격 보호 효과를 낸다.

플라스틱과 탄소섬유의 시너지 효과로 CFRP는 강철보다 가벼우면서 강하게 된다.

이 특성은 강도는 높이며 내구성은 확보해야 하는 항공우주나 모빌리티 분야를 비롯한 다방면에 활용되고 있다.

항공우주나 자동차의 경우에는 차체 무게는 곧 연비나 수송능력과 연결된다. 향상된 연비를 통해 간접적으로 탄소중립을 돕기도 한다.

CFRP를 비롯한 복합소재의 단점은 재활용이 어려운 경우가 있다는 것이다.

2011년 유럽은 CFRP가 잘 썩지 않는다며 매립 처분을 전면 금지했다. 소각 방식 역시 플라스틱 연소물의 환경오염 문제가 있다.

국내의 한국과학기술연구원(KIST)을 비롯한 세계 각지에서 재활용 연구가 진행되고 있다. KIST의 CFRP 재활용 기술은 현재 민간에 이전돼 상업화됐다.

CFRP 이외에도 이차전지 소재, 합성수지, 이산화탄소 포집 등에 다양한 복합소재를 적용하려는 시도가 이뤄지고 있다.

seungjun241@news1.kr

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