안녕하세요.

천재소년입니다. ^^

오늘은 카본이야기 2번째 시간입니다.

그동안 질문해 주신 것을 바탕으로 정리하였는데..

지난번과 마찬가지로 생소한 용어가 들어 있긴 하지만

어려운 화학식이나 수학식은 빼고 설명하였습니다.

자신이 타는 자전거의 재료가 어떤 것인지 알면

더 정이 가고 애착이 갈 듯 합니다.

그런 의미 이니 제발 네가 맞니 내가 맞니 싸우지 마시고

부담없이 읽어주세요..

 

 

1.프레임이 깨질 정도면 큰 충격인데 외부만 고쳐주는지요?

 

 

제가 대충 야매로 고쳐서 걱정되시는 분들이 계시는것 같은데..

일단 프레임수리가 들어오면 외관검사를 합니다.

전체적인 카본소재 분석이나 카본 소재 적층 패턴을 검사한 후

파손 형상에 따른 충격 받은 위치나 힘을 예상합니다.

 

 

 

 

가장 기본적인 소재가 받는 힘(Load)의 종류입니다.

나름데로 경험에 의해 고민 좀 합니다.

으 흠~ 그리고 의심나면 좀 비싼 장비를 돌려봅니다.

 

 

2.뽀은이 아버지로 유명하신 으라차!!님께서 저한테 해주신 질문입니다.

카본프레임 손상시 그부분을 다시 감고 고온에 구울텐데....

손상된 부분말고 다른 부분에는 전혀 영향이 없는지요?

 예를 들어...피자 식은거 다시 뎁혀 먹으면 맛없는 것처럼... ㅡㅡ;

(너무 좋은 질문이라 다음에 상품 나갑니다.ㅎㅎ)

 

자전거용으로 사용되는 카본 복합재료는

모두 카본섬유/에폭시 복합재료 입니다.

이것은 사용할때 카본 섬유에 에폭시 수지를 넣어서

사용 하는 것이 아니라 미리 카본섬유에 에폭시수지를

함침 시켜 놓은 프리프레그라는 소재를 사용합니다.

에폭시수지는 열경화성 수지이므로 일정한 온도가 되어야 반응을 시작합니다.

반응을 한다는 것은 경화가 된다는 것인데..

수지의 레올로지에 따라 만든 경화 싸이클이 있습니다.

예를 들면 130도에서 1시간 유지해야 경화 된다면

130도의 온도에 바로 넣고 1시간 유지 할 것인지 25도에 넣고

130도까지 올려줘야 하는 것인지 130도까지 올릴때는 분당 몇도씩 올린 것인지

모두 다른 결과를 가져옵니다.

정확한 싸이클에 따라 경화가 되어야 되지만

실상 생산업체에는 시간과 온도는 돈이므로 대충 넣고

1-2시간 지나면 구워 내고 있습니다.

낚싯대 생산할 때보면 큰 드라이오븐에 넣고 보면 같이

온도를 받는다고 생각하겠지만 실제로는 드라이오븐 구석에 있는 것과

중심에 있는 것의 온도차이는 생각보다 많이 나는것이 사실입니다.

그렇게 되면 제품마다 미경화된 즉 반응이 안되어 있는

에폭시 수지와 경화제가 존재한다는 것인데

우리는 그것을 없애기 위하여 한번 더 구워주는 작업을

포스트큐어라고 부르고 실제로 제품의 품질을 위해서 해주고 있습니다.

이처럼 열경화성 수지는 유리전이온도(Tg)가 있는데

이 온도 이하에서는 어떤 열충격을 받아도 물성 변화가 거의 없다고 보시면 됩니다.

다시 결론적으로 제가 생산된 프레임을 수리하기 위해

한번 더 구워주는 것은 포스트큐어와 같은 효과를 보여질수도 있으며

성형온도가 유리전이온도 이하의 온도이므로

기존프레임의 물성에는 변함이 없다는 이야기입니다.

 

피자빵에 비유하면 다시 데우면 맛은 없어져도

빵이 질겨지는 원리와 비슷합니다^^;

 

 

3. 이스턴에서 사용하는 CNT란 무엇인가?

 

요즘 재료, 화학, 고분자등 이 분야 학회에 참석해 보면

나노(Nano) 안들어 가는 것이 없을 정도로 나노는 대세입니다.

정부지원 연구도 나노라는 말을 안넣으면 정부에서

돈이 안나온다는 우스개 소리도 있습니다.

그럼 나노가 뭐냐면 10의 -9승 입니다.

데시미터 : 10^-1

센티미터 : 10^-2 (10의 -2승)

밀리미터 : 10^-3

마이크로미터 : 10^-6

나노미터 : 10^-9

피코미터 : 10^-12

원래부터 고분자 화학은 모두 나노 이하였는데

하도 나노 나노하니...

본론으로 들어가서 CNT는 Carbon nano tube의 약자입니다.

카본 즉 C원소를 연결해서 나노사이즈의 튜브로 만들었다고 해서 CNT입니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

CNT 구조입니다.

CNT는 종류가 상당히 많은데 비쌀때는 100g에 50만원 정도 했습니다.

지금은 기술 발달로 10만원대로 떨어졌다고 합니다.

CNT를 직접 보면 그냥 뭘 태우고나면 그을음 같은 검은색 잿가루처럼 보입니다.

이것을 넣어주면 카본 복합재의 강도가 올라간다고 하는데..

아직까지는 에폭시수지에 분산 문제라든지 여러가지 문제점이 보여지고 있습니다.

하지만 층간전단강도는 약 20% 정도 업되는 것을 제눈으로 확인했는데..

가격대비 생각하면...좀 의심스러운 수준입니다.

그래서 카본 부품에 CNT라고 적혀 있어도 그냥 후후 하고...

 

 

4. 자전거 부품 중에 카본으로 했을때 가장 효과적인 부품은?

 

제 개인적인 생각으로는 핸들바-싯포스트-프레임 이 순서라고 생각합니다.

아직까지 다른 부품들은 구조나 형태상..

 제품들의 가격에 비교해서 좋은 성능은 아닌 듯 합니다.

기술 개발이 점차 이루어지면 괜찮을 듯 한데...

가격대비 성능이...

 

핸들바는 제가 EC90파손된 것을 중고로 구입하여 사용하고 있는데..

성능에 대한 느낌은 주관적이라 뭐라 말할수는 없지만

저같은 경우는 교체하고 바로 성능을 느낄 수 있었습니다.

크랭크나 휠셋같은 부품도 카본으로 만들면 성능은 좋지만

피봇이나 알루미늄 조인트 접합부분에 큰 충격시 분리 현상이 발생할 확율이 높습니다.

 

 

5. 카본 핸들바가 좋긴한데 너무 약하지 않나요?

 

카본핸들바가 잘부러진다는 말이 많네요

파이프 상태일때 횡방향으로는 최고의 강도,탄성률을 보여줍니다.

알루미늄의 5-10배정도..

이스턴 싸이트 들어가 보면 Data가 있습니다.

하지만 카본복합재료는 직물이나 섬유의 조직,방향에 따라 성능차이가 현저히 달라집니다.

금속처럼 일방성 소재가 아니라 소재의 적층패턴에 따라 물성적으로 차이가 많이납니다.

그래서 복합재료의 구조해석은 변수가 너무 많아

매우 어려운 학문이고 복합재료학의 완성이라 부릅니다.

 

 

 

 

 

 

 

그럼 핸들바를 보면은 낚싯대처럼 그 방향으로는 강하지만

단면좌굴에는 상당히 약한 구조로 되어있습니다.

2번그림의 단면속에 들어있는 "점"이 카본섬유입니다.

즉 라이딩 도중에 부러지는 일보다 스템으로 조을때 깨질 확률이 매우 높습니다.

다시 말씀드리면 스템에 조립시 적정토크를 이용하여 볼트를 넣어 주시고

만약 토크렌치가 없다면...

본인이 생각했던 것보다 반바퀴만 덜 돌려주세요..^^;

탄성률과 피로강도가 매우 좋아서

진동을 자주받는 핸들바에는 최고의 특성을 보여준다고 생각합니다.

 

그러면 제가 경험한 특정 회사의 핸들바 2개를 비교하여 보겠습니다.

먼저 LP사 이것은 파이프의 두께가 두껍습니다.

루프를 핸들바90도 방향으로 보강을 많이 하고 90도 방향의 보강을 위해서

직물을 사용 했기 때문에 무게도 많이 나가고 스템 조으는 방향으로 튼튼한 것이 사실입니다.

하지만 이스턴EC90은 일방향소재를 많이 사용하여

스템방향은 약하지만 파이프가 얇은 만큼 탄성률이 좋습니다.

선택은 소비자의 몫입니다.^^

 

 

6. 프레임에 High Carbon이라고 적혀 있는데 카본에도 등급이 있습니까?

 

오늘 마트나 낚시 전문점가서 낚싯대 한번 보세요.

전부High Strength, 하이모듈러스, 울트라.. 이런말 적혀 있습니다.

카본은 기본적으로 High 입니다.

 

 

 

 

 

카본특징을 한번 확인하세요..

전부 high 상술이니 속지마세요..

카본 섬유는 강도와 탄성률에 따라 수십가지로 나눠지고

직물로 만들시 직물 두께나 조직에 따라 수십가지 나눠지고

에폭시수지의 종류나 양 두께에 따라 수십가지 나눠지고..

따라서 제품사양이 변하는 변수는 어마어마합니다.

보통 카본 회사에서 생산되는 제품 종류와 가지수는 1000가지가 넘습니다.

저는 다 외울 수 있다는...겸손없는 천재소년이죠^^;

 

 

 

 

정리하면 프레임마다 어떤것을 사용했는지도 며느리도 모릅니다.

그림 보시면 좌우 같은 두께지만 왼쪽은 얇은 카본으로 5장 적층 하였다면

오른쪽은 두꺼운 카본 직물로 3장 적층 하였습니다.

이론적으로는 얇은것 많이 사용하는 것이 강도가 좋게 나오지만

얇은것은 하급 소재이고 두꺼운 것은 고급소재이면 또다른 변수가 생깁니다.

그리고 중요한 생산자가 외부한장만 카본섬유를 사용하고

나머지 안쪽은 유리섬유를 사용한다면..

저도 알수 있는 것은 절단하여 단면을 확인전까지는

표면에 사용한 것만 확인할 뿐이지 안쪽에 유리섬유인지 조차도 확인하기가 힘듭니다.

하지만 대충 무게와 느낌이나 단면이 보이는 비비나 헤드셋쪽으로 확인하고는 있습니다.

 

 

질문을 받아보면 제일 설명하기 힘든 것이

나도는 풍문에 대한 "하더라"식의 거짓 정보입니다.

좋은 재료로 좋은 취미 즐길수 있도록 카본 이야기 3편도 준비하도록 하겠습니다.

 

참 내일부터 대만-중국 기술및 영업지원차 출장갑니다.

카본 프레임 업체도 몇군데 있는데 다녀와서 좋은 정보있음 가르쳐 드릴께요 ^^

 

감사합니다.