탄소 원자 섬유로 짠 질긴 천 이용
가벼우면서도 강도ㆍ탄성 뛰어나
보잉사가 13년간의 노력 끝에 보잉 787을 선보였다.
태평양과 아시아 대륙을 마음대로 건너다닐 수 있게 해 준 1970년의 `점보 여객기' 보잉 747 개발 이후 가장 획기적인 걸작으로 `꿈의 항공기'(드림 라이너)라는 자랑이 대단하다. 친환경적이면서 승객들에게 쾌적하고 안락한 여행을 보장해 줄 것이라고 한다. 모두가 탄소 섬유를 이용해서 만든 가벼우면서도 강한 첨단 복합소재 덕분이다.
무엇보다도 주 날개를 포함한 동체의 절반 이상을 첨단 탄소섬유 복합소재로 제작하고, 새로 개발한 고효율의 엔진을 장착한 보잉 787은 동급의 다른 여객기보다 연료를 20% 이상 절감할 수 있고, 운항거리도 1만6000㎞로 늘어났다. 혁신적인 자체 모니터링 시스템을 도입해 유지보수 비용 역시 20% 이상 줄일 수 있다고 한다.
드림 라이너의 자랑은 그뿐이 아니다. 실내 압력을 고도 1800m 수준으로 하고, 실내 습도도 충분히 높일 수 있게 해 비행 중 산소나 습기 부족으로 시달리는 승객의 고통을 크게 줄였다. 1500장 이상의 알루미늄 판을 리벳으로 이어 붙여 만든 기존의 항공기와 달리 복합소재를 이용해 제작한 보잉 787의 동체는 이음매가 거의 없고, 동체나 리벳의 부식을 걱정할 필요가 없다.
탄소섬유 복합소재는 1980년대부터 테니스 라켓, 골프채, 스키와 같은 스포츠용품이나 경기용 보트, 자동차, 비행기, 건축자재, 헬멧, 악기 등에 널리 쓰이기 시작했다. 탄소섬유 복합소재는 흑연과 마찬가지로 육각형 모양으로 연결된 탄소 원자로 만들어진 직경 5㎛(마이크로미터) 정도의 가는 섬유로 짠 질긴 천을 이용해서 만든 것으로 매우 가벼우면서 강도나 탄성이 뛰어난 것이 특징이다.
섬유를 이용한 복합소재의 원조는 제2차 세계대전 중 영국이 개발한 유리섬유강화플라스틱(유리FRP)이다. 에폭시, 비닐에스터, 폴리에스터와 같은 열경화성 플라스틱에 직경 0.1㎜ 정도로 가늘게 만든 유리 섬유로 짠 천을 넣어 굳힌 것이 바로 유리FRP다. 유리섬유로 짠 넓은 천을 원하는 모양의 틀에 넣은 후 용매에 녹인 플라스틱을 발라 굳히면 원하는 모양의 유리FRP를 만들 수 있다.
영국은 마이크로파를 흡수하지 않는 특징을 가진 유리FRP로 대형 레이더를 보호하기 위한 `레이돔'을 만들었다. 제2차 대전이 끝나면서 유리FRP는 소형 보트, 자동차, 스포츠용품 등에 사용되기 시작했다. 금속보다 가벼우면서도 강도가 높고, 부식이 되지 않는 것이 가장 큰 장점이었다. 이음매가 없이 원하는 모양을 한 덩어리로 만들 수 있다는 것도 큰 매력이었다. 유리FRP는 소형 선박 제조에 많이 사용되고 있다.
1960년대부터는 유리섬유보다도 훨씬 더 가볍고 강도나 탄성이 훨씬 뛰어난 탄소섬유가 개발되기 시작했다. 탄소섬유는 폴리아크릴로나이트라일(PAN)과 같은 사슬 모양의 고분자를 고온으로 가열해서 만든다. 적당한 조건에서 가열하면 고분자의 다른 성분들은 모두 떨어져나가고 탄소만으로 만들어진 가는 섬유가 얻어진다. 그렇게 만든 탄소섬유를 다시 적당한 온도로 가열해서 가공하면 강도나 탄성이 크게 강화된 섬유가 만들어진다.
보잉 787에 사용되는 탄소섬유 복합소재는 일본의 도레이사가 개발했다. 그래서 보잉 787은 `반(半) 일본제'라는 주장도 나온다. 드림 라이너 1호기도 일본의 항공사가 차지했다. 앞으로는 탄소 나노튜브를 이용한 복합소재가 새로운 첨단 소재로 관심을 모으게 될 것이다. 언제나 그랬듯이 앞으로도 소재 산업이 국가 경쟁력을 결정하게 될 것이다.
가벼우면서도 강도ㆍ탄성 뛰어나
보잉사가 13년간의 노력 끝에 보잉 787을 선보였다.
태평양과 아시아 대륙을 마음대로 건너다닐 수 있게 해 준 1970년의 `점보 여객기' 보잉 747 개발 이후 가장 획기적인 걸작으로 `꿈의 항공기'(드림 라이너)라는 자랑이 대단하다. 친환경적이면서 승객들에게 쾌적하고 안락한 여행을 보장해 줄 것이라고 한다. 모두가 탄소 섬유를 이용해서 만든 가벼우면서도 강한 첨단 복합소재 덕분이다.
무엇보다도 주 날개를 포함한 동체의 절반 이상을 첨단 탄소섬유 복합소재로 제작하고, 새로 개발한 고효율의 엔진을 장착한 보잉 787은 동급의 다른 여객기보다 연료를 20% 이상 절감할 수 있고, 운항거리도 1만6000㎞로 늘어났다. 혁신적인 자체 모니터링 시스템을 도입해 유지보수 비용 역시 20% 이상 줄일 수 있다고 한다.
드림 라이너의 자랑은 그뿐이 아니다. 실내 압력을 고도 1800m 수준으로 하고, 실내 습도도 충분히 높일 수 있게 해 비행 중 산소나 습기 부족으로 시달리는 승객의 고통을 크게 줄였다. 1500장 이상의 알루미늄 판을 리벳으로 이어 붙여 만든 기존의 항공기와 달리 복합소재를 이용해 제작한 보잉 787의 동체는 이음매가 거의 없고, 동체나 리벳의 부식을 걱정할 필요가 없다.
탄소섬유 복합소재는 1980년대부터 테니스 라켓, 골프채, 스키와 같은 스포츠용품이나 경기용 보트, 자동차, 비행기, 건축자재, 헬멧, 악기 등에 널리 쓰이기 시작했다. 탄소섬유 복합소재는 흑연과 마찬가지로 육각형 모양으로 연결된 탄소 원자로 만들어진 직경 5㎛(마이크로미터) 정도의 가는 섬유로 짠 질긴 천을 이용해서 만든 것으로 매우 가벼우면서 강도나 탄성이 뛰어난 것이 특징이다.
섬유를 이용한 복합소재의 원조는 제2차 세계대전 중 영국이 개발한 유리섬유강화플라스틱(유리FRP)이다. 에폭시, 비닐에스터, 폴리에스터와 같은 열경화성 플라스틱에 직경 0.1㎜ 정도로 가늘게 만든 유리 섬유로 짠 천을 넣어 굳힌 것이 바로 유리FRP다. 유리섬유로 짠 넓은 천을 원하는 모양의 틀에 넣은 후 용매에 녹인 플라스틱을 발라 굳히면 원하는 모양의 유리FRP를 만들 수 있다.
영국은 마이크로파를 흡수하지 않는 특징을 가진 유리FRP로 대형 레이더를 보호하기 위한 `레이돔'을 만들었다. 제2차 대전이 끝나면서 유리FRP는 소형 보트, 자동차, 스포츠용품 등에 사용되기 시작했다. 금속보다 가벼우면서도 강도가 높고, 부식이 되지 않는 것이 가장 큰 장점이었다. 이음매가 없이 원하는 모양을 한 덩어리로 만들 수 있다는 것도 큰 매력이었다. 유리FRP는 소형 선박 제조에 많이 사용되고 있다.
1960년대부터는 유리섬유보다도 훨씬 더 가볍고 강도나 탄성이 훨씬 뛰어난 탄소섬유가 개발되기 시작했다. 탄소섬유는 폴리아크릴로나이트라일(PAN)과 같은 사슬 모양의 고분자를 고온으로 가열해서 만든다. 적당한 조건에서 가열하면 고분자의 다른 성분들은 모두 떨어져나가고 탄소만으로 만들어진 가는 섬유가 얻어진다. 그렇게 만든 탄소섬유를 다시 적당한 온도로 가열해서 가공하면 강도나 탄성이 크게 강화된 섬유가 만들어진다.
보잉 787에 사용되는 탄소섬유 복합소재는 일본의 도레이사가 개발했다. 그래서 보잉 787은 `반(半) 일본제'라는 주장도 나온다. 드림 라이너 1호기도 일본의 항공사가 차지했다. 앞으로는 탄소 나노튜브를 이용한 복합소재가 새로운 첨단 소재로 관심을 모으게 될 것이다. 언제나 그랬듯이 앞으로도 소재 산업이 국가 경쟁력을 결정하게 될 것이다.
