케블라 섬유는 수년 전에 발명되었지만, 사람들은 여전히 그 독특한 특성에 놀라움을 금치 못하고 있습니다. 이 소재는 뛰어난 특성과 특성으로 인해 보호용 직물 분야에 혁명을 일으켰습니다.
케블라: 그게 뭔데요?
결정 구조를 가진 합성 섬유로 만든 직물을 케블라(Kevlar)라고 합니다. 이 직물의 놀라운 강도는 결정 단면에 위치한 벤젠 고리에 의해 제공됩니다. 그 특성상 금속보다 강하고 내구성이 뛰어나면서도 매우 얇고 가볍습니다.
사람마다 케블라를 다르게 접하고, 특정 생활 상황에서 케블라가 무엇인지 배우게 됩니다. 현대 젊은이들은 게임 '라스트(Rast)' 덕분에 케블라에 익숙합니다. 이 게임에서 캐릭터들은 케블라로 만든 갑옷과 탄약을 구매하게 됩니다. 반면, 기성세대는 케블라를 보호복이나 스포츠 장비와 연관 짓습니다.
기원에 대해 간략히 설명하자면
먼 1975년, 케블라(Kevlar)라는 소재가 시장에 처음 출시되자마자 엄청난 수요를 기록하며 매일같이 증가하고 있습니다. 이 독특한 폴리머는 세계적으로 유명한 듀폰(DuPont)의 연구실에서 개발되었습니다. 공식적으로 이 소재의 창시자는 화학자 스테파니 퀄렉(Stephanie Kwolek)으로 알려져 있습니다.
당시에는 타이어 보강재로 사용되었으며, 이후 다양한 복합 소재, 스포츠 장비, 케이블 제품에도 적용되었습니다. 케블라 직물은 개인 보호 장비 생산에도 사용되기 시작했습니다.
케블라 원단 생산
이 소재에 대해 처음 알게 된 많은 사람들이 케블라를 무엇으로 만들지 궁금해합니다. 케블라를 얻으려면 염화칼슘과 메틸피롤리돈 용액을 사용합니다. 여기에 특수 시약을 첨가하면 액정 특성을 가진 특이한 물질이 생성됩니다. 이 공정은 저온에서 진행됩니다.
외부에서 생성된 폴리머는 세척 및 건조 과정을 거쳐 부스러기 또는 겔 상태로 나타납니다. 그런 다음 방사구를 통과하여 섬유가 형성되고, 실이 형성됩니다. 케블라 실이 무엇인지 짐작하는 것은 어렵지 않습니다. 얻어진 섬유는 꼬여서 실을 형성하는데, 이 실이 이미 완제품을 형성합니다. 그 후, 침전조로 두 번째 보내 세척 및 건조합니다.
참고하세요! 케블라르 생산에는 황산을 사용하는 등 상당한 어려움이 따르기 때문에 공정 비용이 매우 비쌉니다.
기술적 특성 및 속성
케블라의 기술적 특성과 특성은 매우 독특합니다. 주요 특징은 높은 기계적 강도입니다. 동시에 질량과 밀도는 비교적 낮습니다.
케블라는 독특한 인장 저항성과 자기 소화 능력을 가진 소재입니다. 동시에 불에 타거나 녹지 않습니다. 430도 이상의 온도에서만 분해되기 시작합니다. 고온에 노출되면 즉시 분해되는 것이 아니라 일정 시간이 지나면 강도를 잃기 시작합니다.
유기 용매와 부식에 강하고 탄성률이 높습니다. 저온에서는 열화되지 않을 뿐만 아니라 오히려 더 강해집니다. 절단에 강하고 비전도도가 낮습니다.
케블라의 적용 분야
케블라는 널리 사용되고 수요가 높음에도 불구하고, 케블라가 무엇인지 아는 사람은 많지 않습니다. 이 고강도 섬유는 수십 년 동안 다양한 용도로 사용되어 왔습니다.
케블라는 주로 다음과 같은 특성이 중요한 분야에서 사용됩니다.
- 내마모성;
- 열 안정성;
- 낮은 구조적 경도
- 상당한 가벼움;
- 무게는 가벼우면서도 강도가 좋습니다.
따라서 케블라 원단이 개인 보호 장비, 군인 및 특수부대를 위한 다양한 의류를 만드는 데 사용되는 것은 논리적입니다.
항공 산업
케블라의 특성과 소재는 항공 업계에서 잘 알려져 있습니다. 케블라는 다양한 무인 항공기 생산에 사용되어 보호 기능을 제공합니다.
개인 보호 장비
케블라 섬유는 기계적 특성이 우수하여 개인용 방호복 제작에 적합합니다. 전투 헬멧, 방탄조끼, 안면 보호용 방탄 마스크 등이 케블라 섬유로 만들어집니다.
케블라 장갑 덕분에 각국 군대는 장갑차 승무원을 위한 특수 방탄 마스크와 발라클라바를 제작하고 있습니다. 또한, 니미츠급 항공모함의 장갑도 케블라를 사용하여 제작됩니다.
케블라 섬유 방탄조끼는 당연히 최고 품질로 간주됩니다. 이러한 방탄조끼는 냉기류의 빗맞음으로부터 보호하고, 총알의 충격을 약화시키며, 파편의 관통 및 확산을 방지합니다. 사용된 소재의 독특한 가벼움, 강도, 그리고 상대적인 내구성 덕분에 방호력이 제공됩니다.
방탄조끼와 같은 케블라 소재를 선택할 때는 폴리머의 특정 측면을 고려해야 합니다. 방탄복은 부드럽기 때문에 직사광선이나 칼이나 송곳으로 관통하는 공격으로부터 보호할 수 없습니다. 이러한 목적을 위해 특수 강성 패널을 사용한 특수 모델이 개발되고 있습니다. 또 다른 단점은 감광성입니다. 햇빛에 지속적으로 장시간 노출되면 소재가 점차 열화되기 시작합니다.
케블라 실은 값비싼 소재로 여겨지기 때문에 아직 전면적인 "케블라화"는 이루어지지 않았습니다. 경제적으로 발전한 국가들만이 이 소재로 만든 촉각 제품을 군대와 부대에 장비할 여력이 있습니다.
손 보호
케블라 플레이트 인서트가 장착된 전술 장갑은 적의 이빨에 손이 부딪힐 때 손상을 방지하고 충격을 크게 증가시키는 데 사용됩니다. 이러한 장갑은 현대식 황동 너클(brass knuckles)이라고도 불립니다. 이러한 액세서리는 특수 부대 직원뿐만 아니라 익스트림 스포츠 애호가, 아웃도어 애호가, 스트리트 파이터들 사이에서 큰 인기를 얻고 있습니다. 이러한 인기는 뛰어난 내구성, 내습성 및 내마모성, 그리고 뛰어난 보온성 때문입니다. 이러한 장갑을 착용하면 손이 완벽하게 보호됩니다.
스포츠 장비
케블라 소재로 제작된 스노보드, 보트, 패들, 스키, 스포츠 헬멧은 가볍고 내구성이 뛰어납니다. 이 소재로 제작된 스포츠 용품은 아마추어와 프로 선수 모두에게 선호됩니다.
이 소재는 진동 전달을 최소화하고, 변형 하중을 손상 없이 견뎌낼 수 있도록 도와줍니다. 소재의 가소성 덕분에 제품은 다양한 심각한 손상과 압착으로부터 보호됩니다. 또한, 높은 충격 하중에도 완벽하게 안전하고 신뢰할 수 있습니다.
케블라는 자전거 타이어의 라이닝 소재로 사용되는데, 펑크 위험을 최소화하는 데 중요한 역할을 합니다. 탁구 라켓에도 케블라 소재를 여러 겹 겹쳐 사용하면 반발력이 증가하고 무게는 줄어듭니다. 이 소재는 오토바이 운전자를 위한 안전한 의류 제작에도 사용됩니다. 특히 어깨와 팔꿈치를 보호하는 플라스틱 부품을 대체하는 데 사용됩니다.
기타 적용 분야
케블라는 높은 화학적, 기계적 안정성과 뛰어난 강도 덕분에 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있습니다. 이 소재는 현대 사회에서 가장 첨단 기술로 평가받고 있습니다.
가장 자주 사용되는 목적은 다음과 같습니다.
- 강화 섬유 - 소재를 가볍고 튼튼하게 만드는 데 사용됩니다. 케이블을 강화하고 파손 및 늘어짐으로부터 보호하는 데 사용됩니다.
- 정형외과용 보철물을 제작하는 중입니다.
- 로프 생산을 위해 로프 제품은 내식성, 신뢰성, 경량성, 비전도성으로 차별화됩니다. 이러한 특성으로 인해 로프는 조선 및 광산 분야에서 강철 케이블을 대체하여 널리 사용되고 있습니다.
- 탄소-케블라라는 하이브리드 소재를 사용하여 상당한 속도를 낼 수 있는 보트 선체를 제작합니다.
- 케블라 콘크리트라는 최신 초강력 건축 자재를 생산합니다. 이 콘크리트는 포장용 슬래브, 벽체용 외벽석, 기념비, 연석, 계단 등을 만드는 데 사용됩니다. 하지만 이러한 건축 자재는 케블라를 사용하기 때문에 가격이 상당히 비쌉니다.
- 낚싯줄 제작 시 - 전문 낚시꾼이라면 고품질 장비만을 선호합니다. 특히 메기나 파이크를 잡을 때는 케블라 장갑이 필수적입니다.
- 크랭크케이스 보호재 제조 시, 기계적 손상에 대한 높은 내성을 제공합니다. 열에 안정적이며 내화학성이 우수합니다. 동시에 케블라 복합재는 비교적 저렴합니다.
케블라 섬유는 오늘날 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 이 소재 없이는 수동적인 방어를 상상하는 것은 거의 불가능하며, 방탄조끼와 헬멧은 이미 수많은 생명을 구했습니다.
