탄소섬유 관련산업 ｜탄소섬유 장점과 단점 분석

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탄소 섬유는 카본 파이버(Carbon Fiber)라고도 불리며, 섬유 구조물의 제작에 사용되는 주요 재료 중 하나입니다. 높은 강도, 경량성, 내구성, 내화성 등의 뛰어난 섬유로 어떤 산업에 사용이 되는지와 장점과 단점에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다. 

탄소섬유의 장점

1. 강도가 높음 : 탄소 섬유는 강도가 매우 높습니다. 강도가 약 5배 정도 높은 강철보다도 더 강합니다. 이는 같은 부피에서 높은 강도를 가지고 있기 때문에, 고성능 산업 분야에서 광범위하게 사용됩니다. 
2. 경량성이 높음 : 탄소섬유는 경량성이 높습니다. 같은 부피에서 약 2배 정도 경량이며 무게가 가벼워지므로 기체 이동성, 에너지 효율성, 속도 등에 유리한 영향을 미칩니다. 
3. 내식성이 높음 : 탄소 섬유는 내식성이 높아 부식, 부식에 대한 저항이 뛰어납니다. 이로 인해 수명이 길어지며 내구성이 향상됩니다. 고속 운동이나 고온에서의 환경에서도 섬유를 부식하지 않는 이러한 특징이 있습니다. 
4. 높은 내열성 : 탄소 섬유는 높은 내열성을 가지고 있어, 고온에서도 사용할 수 있습니다. 열팽창 계수가 작기 때문에 열에 대한 저항성이 뛰어나 엔진, 제동 시스템, 가열 시스템 등에서 유용하게 사용됩니다.
5. 설계의 유연성 : 탄소섬유는 다양한 형태로 제작이 가능합니다. 이러한 유연성은 설계 시 큰 장점이 됩니다. 
6. 절연성이 뛰어남 : 탄소 섬유는 전기 절연성이 높습니다. 
7. 높은 가시성 : 탄소섬유는 기계적 충격이나 진동에 대한 저항성이 높아서 안정적인 성능을 발휘합니다. 

 

탄소섬유의 단점

1. 제조과정이 복잡하고 비용이 높음 : 탄소섬유는 생산 및 가공 과정이 복잡하며, 고가의 재료를 사용하기 때문에 비용이 매우 높습니다. 이는 일반적인 금속과 비교하여 상당히 비싸며, 제조 및 가공 비용도 높기 때문에 제품 가격도 높게 책정되고 생산과정에서 많은 에너지를 소비합니다. 
2. 친환경적이지 않음 : 탄소섬유 제조 과정에서 사용되는 에폭시 수지 및 프레그 수지는 친환경적이지 않습니다. 이러한 화학 물질이 제조 과정에서 배출되어 환경오염을 야기할 수 있고 폐기물 처리비용이 높아지는 문제점이 있습니다. 또한, 탄소섬유 제품은 재활용이 어렵기 때문에 환경 부담이 크다는 단점이 있습니다.
3. 파손이 발생할 경우 수리하기 어려움 : 탄소섬유는 강도와 경량성이 뛰어나지만 내구성이 매우 높아 파손이 발생할 경우 수리가 어려울 수 있습니다.  특히 탄소섬유는 깨지거나 균열이 발생하면 그 성능이 떨어지기 때문에 보수 및 수리 비용이 매우 높아질 수 있습니다.
4. 전기전도성이 낮음 : 탄소섬유는 전기전도성이 낮습니다. 이는 전기적으로 유전체적 특성을 가지는 재료이기 때문에 전기적용 분야에서는 제한적으로 사용됩니다.
5. 화재에 취약함 : 탄소섬유는 화재에 취약합니다. 이는 탄소섬유가 흡기성이 좋고 고온에서 열발생이 발생할 때 쉽게 연소되기 때문입니다. 이러한 단점으로 인해 화재 대비 방안을 반드시 강구해야 합니다..
6. 자외선에 취약함 : 탄소섬유 제품은 자외선에 노출될 경우 피로 손상이 발생할 수 있습니다. 이는 탄소섬유의 특성상 자외선에 민감하다는 점에서 비롯됩니다. 따라서 탄소섬유 제품은 자외선 차단재로 처리되어야 합니다.
7. 가열 시 오염물질 방출 가능성 : 탄소섬유는 가열 시 일부 오염물질을 장출할 수 있습니다. 이러한 오염물질은 건강에 해로울 수 있으며 제조과정에 소 배출될 수 있습니다. 

 

탄소섬유 관련 산업

1. 항공 및 우주 산업 : 탄소섬유는 경량성과 고강도로 인해 항공 및 우주산업에서 많이 사용되는 재료 중 하나입니다. 항공기와 우주선의 몸체, 날개, 로켓, 부스터 등에 사용되며 경량성으로 인해 연료비 절감 미 비행거리 증가와 같은 이점을 제공합니다.
2. 자동차 산업 : 탄소섬유는 자동차 산업에서도 널리 사용되고 있습니다. 자동차의 경량화가 중요한 이슈가 되면서 탄소섬유로 만들어진 차량 부품이 증가하고 있습니다. 특히 레이싱카 등 고성능 자동차의 고강도 구조부품, 차량의 바닥, 휠 등에 사용되며 연비 개선 및 속도 증가에 도움을 줍니다. 
3. 스포츠용품 산업 : 스포츠 용품 산업에서도 탄소섬유가 사용되고 있습니다. 골프 클럽, 라켓, 테니스 라켓, 스케이드보드, 노치보드, 스노바디, 스키등 다양한 용품에서 사용됩니다. 탄소섬유로 만들어진 용품은 경량성으로 인해 사용자의 편의성과 조작성이 향상되며 내구성이 높아 보다 오랜 기간 사용할 수 있습니다. 
4. 해양 산업 : 해양산업에서는 탄소섬유가 보트, 요트, 카약 등 다양한 보트류에서 사용됩니다. 경량성과 내구성, 고강도 등의 물성이 해양환경에서 매우 중요하기 때문입니다. 또한, 탄소섬유는 해양 교통산업에서도 사용되고 있습니다. 
5. 건설 산업 :  건축산업에서는 탄소섬유 보강재를 사용하여 건물 내부나 외부의 강도를 강화합니다. 특히 지진 발생 시 건물의 안전성을 높이기 위해 사용되며 다리, 터널, 타워 등 구조물에서도 사용됩니다. 

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결론적으로 탄소섬유는 고강도와 경량성, 고강도, 내구성으로 인해 우주산업, 자동차 산업, 해양산업, 건설산업, 스포츠산업등 널리 사용되고 있습니다. 다만 제조비용이 높다는 점과 화학물질등이 배출됨으로써 친환경적이지 않는다는 단점이 있습니다.