[알기 쉬운 복합소재 이야기] 프리프레그, 고성능 복합소재의 핵심 재료
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<p>복합소재는 더 가볍고 강한 소재가 필요한 첨단 산업에서 필수적인 역할을 맡고 있습니다. '프리프레그'란 무엇일까요? 프리프레그 역시 우수한 성능을 지닌 복합소재로, 테니스 라켓, 골프채, 자전거, 하키스틱 등의 스포츠 & 레저 용품부터 미래 모빌리티, 자동차, 항공기 등 첨단 부품에 이르기까지 두루 활용되고 있습니다.</p>
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프리프레그는 이처럼 폭넓게 쓰이는 복합소재이지만, 그 개념은 생소하게 느껴질 수 있습니다. 이번 에피소드에서는 중간재 대표 기업 한국카본과 함께 프리프레그의 정의, 장점, 제조 방법에 대해 알아보겠습니다.</p>
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<p><span style="font-size:20px;"><strong>프리프레그란 무엇일까요?</strong></span></p>
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프리프레그(prepreg)는 첨단 부품이 완성되기 전의 중간재입니다. 'Pre-impregnated material'의 줄임말로, 직역하면 <strong>강화섬유(탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등)에 수지를 미리 함침(침투)시킨 물질</strong>이라는 뜻입니다. 복합소재에 이용되는 수지는 상온에서 액체 상태로 존재하지만, 경화제를 섞어 열과 압력을 가하면 고체 상태가 됩니다. 여기에서 경화란 물질이 단단하게 굳어지는 것을 말하고, 프리프레그는 수지가 경화되는 과정을 통해 가볍고 강도 높은 첨단 부품으로 거듭나게 됩니다.</p>
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프리프레그의 대표적인 특징은 바로<strong> '반(半)경화'</strong> 상태라는 점입니다. 반경화란 물질이 완전히 경화되기 이전 단계로, 열과 압력을 가하면 단단하게 굳어지는 상태입니다. 프리프레그는 섬유에 수지를 미리 입혀 둔 시트형 소재이므로 원하는 모양대로 재단하고 형상을 만든 후, 굳혀 첨단 부품을 편리하고 효율적으로 제작할 수 있습니다. 기존의 수작업 방식에 비해 섬유와 수지의 비율이 일정해 품질이 높고, 제조 시간 단축 등의 장점으로 다양한 산업 발전에 이바지하고 있습니다.</p>
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<p><span style="font-size:20px;"><strong>수지의 경화를 통해 완성되는 첨단 제품</strong></span></p>
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<p><img alt="" src="https://www.hcarbon.com/upload/ckeditor/b25d0b44-27da-4208-ba0b-c3136c8d813a.jpg" style="width: 70%;" /></p>
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이처럼 프리프레그에 없어서는 안 되는 것이 바로 수지입니다. 탄소섬유는 첨단신소재로 각광받고 있지만, 섬유 가닥만 있을 때는 복합소재로서의 의미가 없습니다.</p>
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탄소섬유 프리프레그에서 탄소섬유가 물질의 강도와 탄성률을 결정한다면, 수지는 섬유와 섬유를 결합시키는 접착제의 역할로 부품의 형태를 만들게 됩니다. 복합소재에 사용되는 수지는 크게 에폭시, 페놀 등의 <strong>열경화성 수지</strong>, 폴리에스테르 등의 <strong>열가소성 수지</strong>로 나뉩니다. 열경화성 수지는 한번 경화된 후에는 되돌릴 수 없는 반면, 열가소성 수지는 한번 경화된 이후에도 다시 모양을 변형할 수 있다는 특징을 가집니다. 대부분의 탄소섬유 복합소재에는 열경화성 수지가 사용됩니다.</p>
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프리프레그는 미리 설계된 틀에 맞게 배치하고 쌓아 형태를 잡은 후, 다양한 방법으로 열과 압력을 가하여 최종 제품으로 경화됩니다. 경화가 모두 끝난 프리프레그는 탄소섬유를 사용한 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), 유리섬유를 사용한 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 등의 복합소재 제품으로 거듭나게 됩니다.</p>
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<p><span style="font-size:20px;"><strong>한국카본의 다양한 수지 시스템</strong></span></p>
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한국카본은 다양한 사용 목적과 환경에 맞춰 사용할 수 있는 여러 수지 시스템을 보유하고 있습니다. 대표적으로 속경화 수지 시스템 <strong>FC-Series</strong>는 4분대의 빠른 경화 속도를 자랑합니다. 동일한 시간 내 더 많은 부품을 만들 수 있기 때문에 대량 생산에도 이상적입니다. 이 중 FC 9-Series는 불에 잘 타지 않는 난연 특성을 지녀, 친환경 모빌리티 EV의 핵심 부품인 배터리 케이스에 적용하기 적합하도록 설계되었습니다.</p>
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나아가 한국카본은 바이오매스 기반 수지 시스템을 개발하여 친환경 산업에 적용할 수 있는 솔루션을 갖추고 있습니다. FC-Series 중에서도 FC-1310은 바이오매스 함량이 25% 이상으로 국내 바이오플라스틱 인증을 받았으며, 기존의 에폭시 수지가 적용된 복합소재 대비, 품질의 저하 없이 탄소 감축 효과를 기대할 수 있다는 이점을 가집니다.</p>
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프리프레그는 고성능 복합소재로서 다양한 산업에서 미래를 위한 소재로 주목받고 있습니다. 한국카본의 첨단 수지 시스템과 프리프레그 제조 기술은 경량화와 고강도를 요구하는 산업에 혁신적인 솔루션을 제공하며 지속 가능한 발전에 기여하고 있습니다. 다음 스토리에서 또 다른 유익한 이야기로 만나 뵙겠습니다!</p>
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