必須不可缺, 카본이란 무엇인가?
[정상문=부천대학교 산업디자인학과 교수] 2016년 타이페이 자전거 쇼(2016 Taipei Cycle Show)에서 전시된 자전거관련 업체들이 전시한 주요업체들의 자전거 프레임의 주된 소재인 카본에 대하여 살펴보기로 하겠다.
자전거는 생활형 자전거와 스포츠형 자전거로 나눌 수 있는데, 생활형을 제외한 스포츠형에서 고성능 모델은 가벼운 무게를 추구한다. 보다 적은 힘으로 빨리 달릴 수 있기 때문이다. 특히 자동차나 모터사이클처럼 엔진의 힘으로 달리는 것이 아니라 자기 자신의 힘만으로 달리는 이동수단인 자전거는 경량화의 효과를 몸으로 직접 체험할 수가 있다.자전거의 경량화에 대하여 관심을 갖게 된다면 ‘카본’[carbon]이라는 소재에 대해 알게 되는데, 이 카본이라는 소재는 [무척 가벼울 뿐만 아니라, 강철만큼이나 강하며, 디자인이 세련되고 날렵하다]는 말을 주변에서 쉽게 들을 수 있을 것이다. 그렇다면 이 카본이란 무엇일까?
사실 카본이라는 말은 ‘탄소’를 의미하는데, 자전거 등에 사용되는 카본 소재는 ‘탄소섬유 강화 플라스틱’ [Carbon Fiber Reinforced Plastic : CFRP] 이라 부르는 것이 정확한 명칭이다.
초창기에 카본으로 만들어진 자전거나 부품들을 보면 표면에 특별한 무늬가 보인다. 어떤 것은 가느다란 실을 고르고 촘촘하게 짜거나 가느다란 실을 마구 헝클어 놓은 것과 같은 무늬의 제품들도 있다. 사실 모든 카본 자전거와 부품들은 탄소섬유라는 매우 가느다란 실을 이용해서 만든다. 카본 자전거와 부품들은 기본적으로 접착제를 바른 얇은 카본 천을 겹쳐서 만드는데, 카본 실을 직조한 방식에 따라 표면의 무늬가 달라진다.
최근에는 카본 소재를 적용한 자전거 제품들이 초창기처럼 소재 자체를 강조하지 않고, 유선형의 날렵한 외관 디자인과 화사하고 세련된 색채를 반영한 디자인으로 소비자에게 감성적인 방법으로 다가오고 있다.
자전거에 카본을 사용하기 시작하면서 무게가 가벼워졌을 뿐 아니라, 공기저항을 줄이기 위한 ‘에어로 다이내믹’ 디자인의 자전거들이 나오기 시작했다. 과거 철이나 알루미늄으로 만든 에어로 다이내믹 디자인에는 한계가 있었다. 일단 복잡한 모양을 만들기가 어려웠고, 만들더라도 파이프가 두꺼워서 보통 자전거보다 무거웠다.하지만 자전거에 카본을 사용하기 시작하면서 마치 비행기와 같은 날렵한 자전거들이 나오기 시작한다. 실제로 저런 자전거들은 비행기를 설계하는 과정과 유사한 방법으로 디자인하고, 풍동 터널에서 공기역학적인 성능을 테스트를 거치기도 한다.[휠세트 역시 카본을 사용하면서 무척 가볍고, 공기역학적으로 뛰어난 디자인으로 만들어진다. 하지만 카본 부품은 단점이 있는데, 약간이라도 부서지면 수리가 무척 어렵다는 점이다. 때문에 카본 휠세트는 일상생활용으로 사용하기는 적합하지 않으며, 선수들의 시합용으로 사용하기에 적합하다.
카본으로 만든 자전거와 부품들은 금형이라는 틀을 이용해 찍어내는 방식으로 만든다. 카본 자체의 무게가 가볍다는 점 외에도, 금속을 이용할 때의 용접자국을 없애면서도 보다 다양한 모양을 만들 수 있다는 장점이 있다. 과거 강철로 만든 자전거와 최신형 카본 자전거를 비교해보면 그 차이가 확연하게 드러난다.
자전거의 무게를 줄이기 위해 무척 가느다란 파이프를 용접해서 1989년에 생산된 강철 프레임의 레이스용 로드바이크 모델의로 무게는 당시로서는 가벼운 9.8kg으로 강철로 만든 자전거는 들었다. 보기에는 가벼워 보이지만 실제 무게는 10kg 정도에 이른다.
하지만 카본 자전거는 초기에는 무척 두껍고 근육질의 느낌에서 출발하였으나, 최근에는 날렵하고 시각적인 경량감을 반영한 디자인으로써 무게는 강철이나 알미늄 자전거보다 훨씬 가벼운 6kg대에 불과하다.
카본으로 만들어진 자전거는 카본이 갖고 있는 고탄성, 고강성과 함께 경량화의 성질을 갖고 있기 때문에 자전거 뿐만 아니라 자동차와 항공기 등의 고부가가치 산업에서도 최적의 소재로 사용이 확대되고 있다.
카본의 특징은 가벼우면서도 강성이 크기 때문에 자전거 부품 제작에 매우 적합한 소재라고 볼 수 있다. 그러나 이러한 카본소재를 이용하여 제품을 만드는데 많은 인력이 소요되며, 기계가공 제품에 비해 공정이 복잡하여 가격이 높은 것이 단점이다.
하지만 소재산업과 함께 기술과 융합한 디자인적인 가치를 부여하여 고부가가치 상품으로 발전시킨다면, 저급의 탄소섬유를 생산하는 중국, 대만, 터키와 미국과 일본의 업체들이 주도하고 있는 일반 탄소섬유와 초고강도 탄소섬유 산업 사이에서 우리나라의 자전거 산업을 특화할 수 있는 가능성이 있지 않을까 하는 생각을 해 본다. SW
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