아라미드

아라미드 원사와 제품

슈퍼섬유 아라미드(Aramid)

아라미드(Aramid)는 총알도 뚫지 못하는 강도, 500°C의 불 속에서도 타거나 녹지 않는 내열성 그리고 아무리 힘을 가해도 늘어나지 않는 뛰어난 인장강도를 가진 섬유이다. 아로마틱 폴리아미드(Aromatic amide)의 줄임말이다.

아라미드는 열에 강하고 튼튼한 섬유로 강철보다 5배 강하고 무게가 가볍다. 5세대 이동통신(5G) 케이블과 초고성능 타이어(UHPT) 제작에 사용된다. 1973년 미국 듀폰이 처음 상용화에 성공했다. 국내에서는 코오롱인더스트리와 효성첨단소재, 휴비스에서 생산하고 있다.

개요

아라미드는 아미드기(CONH)라는 고분자를 나란히 배열해 강도를 높였다. 노란 색깔 때문에 '황금 실'이라고도 불린다. 아라미드는 섭씨 400∼500도의 고온에서도 타거나 녹지 않으며, 5㎜ 정도 굵기의 가는 실로 2톤의 무게를 들어 올릴 정도로 강하다. 1㎟ 크기로 자른 조각은 350㎏의 무게를 견딘다. 나일론보다 3배나 강하고 같은 크기의 강철보다 5배나 단단하다. 웬만해선 불에 타거나 녹지도 않는다. 나일론은 섭씨 250도까지만 견딜 수 있지만, 이 섬유는 500도가 넘어야 비로소 검게 탄화(炭化)한다.

아라미드 섬유는 인장강도, 강인성, 내열성이 뛰어나며 고강력·고탄성률을 갖고 있다. 힘을 가해도 늘어나지 않아 가장 좋은 플라스틱 보강재로 꼽힌다. 이런 장점 덕에 방탄 재킷이나 방탄 헬멧 등 군수물자와 골프채, 테니스 라켓 등을 만드는 데 쓰인다. 보잉 747 등 항공기의 내부골재는 아라미드 섬유를 보강한 에폭시수지(FRP)다.

아라미드 섬유는 '메타'와 '파라'로 구분된다. 메타 아라미드는 초내열성 제품으로 초고온에서도 견딜 수 있는 특성이 있어 방화복·항공복 등에 주로 쓰인다. 또 파라 아라미드는 강철보다 가벼우면서 강도는 강철의 5배 이상인 고강도·고탄성 제품이다.

특수 의류 뿐 아니라 자동차·전자 등 산업용으로 영역을 확장 중인 아라미드의 경우 신성장동력으로 각광을 받고 있다.

역사

미국의 화학 회사인 듀폰에서 1960년대 초에 아라미드의 한 종류인 meta-aramid 를 만들어냈고 노멕스라는 상표명으로 판매를 했다. 1973년에는 para-aramid를 개발하여 케블라라는 상표로 판매하고 있다. 물론 아라미드 섬유에는 이 두 제품만 있는건 아니고 다른 여러 회사들에서 생산하여 다양한 상표로 판매하고 있다.

한국은 1980년대 초에 코오롱의 지원 하에 한국과학기술연구원(KIST) 윤한식 박사팀이 듀폰의 아라미드 섬유와 다른 방식으로 아라미드 섬유의 개발에 성공하여 미국을 비롯한 영국, 일본, 독일 등 7개국에서 물질특허를 획득하였다.

종류

메타계와 파라계

아라미드는 높은 강도와 내열성을 갖는 게 특징이다. 아라미드 섬유는 고리 형태의 분자구조를 가지는 방향족 화합물의 85% 이상이 질소·수소·탄소·산소로 이루어진 (-NHCO-) 아미드결합으로 연결된 고분자 화합물이다.

아라미드의 고리들이 180도로 결합되면 파라(para), 120도로 연결되면 메타(meta)라는 이름이 붙는다. 메타계 아라미드는 고온내열성이 우수하며 파라계는 고강도 및 고탄성의 특징을 갖는다. 파라아라미드는 6각형의 고리들이 벌집처럼 치밀하게 배열되는 규칙적인 결정구조를 갖고 있는 데다가 한쪽 아미드결합의 산소(O)와 다른 쪽 아미드결합의 수소(H) 사이에 수소결합이 생겨 매우 단단한 물성을 갖게 된다. 이 때문에 파라계 아라미드의 경우 높은 강도와 탄성으로 보강용 소재로 주로 쓰인다. 타이어를 고정시키는 타이어코드에 바로 파라계 아라미드가 사용되는 이유다. 타이어코드는 화학섬유의 일종으로 타이어의 내구성과 주행성, 안정성을 높이기 위해 고무 내부에 들어가는 섬유 재질의 타이어 보강재다.

용도

방탄소재용

분쟁지역이나 총기가 사용되는 곳에서는 총탄의 위협으로부터 인명을 보호하기 위해 방탄복의 소재로 사용한다. 강철판 대신 아라미드 섬유를 사용하면 동일한 방탄효과를 내면서도 무게는 훨씬 가볍다는 장점이 있다. 또한 군용차량이나 현금수송차량 등 총탄의 위협으로부터 운전자와 재화를 보호해야 하는 방탄 차량에도 아라미드 섬유가 사용되고 있다.

보호소재용

아라미드는 자체 난연이 되는 특징을 가지고 있다. 소방관의 소방복 보강재나 내열 안전장갑으로 쓰여 화재 진압 및 구조작업에서 소방관을 화재와 화염에 의한 위험으로부터 보호한다. 또한 산업 현장에서 흔히 일어나는 화재나 전기 불꽃 사고로부터 신체를 보호하는 방염 작업복에도 쓰이고 있다.

광케이블 보강소재용

통신 신호를 전달하는 광케이블에는 극히 가느다란 광섬유가 들어 있다. 이때 광섬유가 늘어나는 것을 막아주기 위해 아라미드 섬유가 중심과 외부 보강재로 사용된다.

자동차 소재용, 복합재료 보강용

이 밖에도 자동차 및 오토바이용 타이어, 자동차용 호스 및 벨트, 브레이크 패드 안의 석면을 대체하는 보강재로 사용되어 제품의 수명과 성능을 향상시키는 역할을 한다. 또한 골프채 등 스포츠용품과 경량성과 내구성을 중시하는 항공기의 날개 및 동체 부분, 자동차의 차체, 풍력발전기의 날개 및 건축 보강재료로 쓰인다.

또한, 가스 및 오일 수송관과 해양용 로프에 아라미드가 보강재로 쓰이기도 하는데, 아라미드는 물을 흡수하여 무거워지는 특성이 있기 때문에 밧줄의 코어(Core) 부분이나 관의 내부에 쓰인다.

참고자료

• 〈아라미드〉, 《위키백과》
• 최근도 기자, 〈Science in Biz 한국산 슈퍼섬유 '아라미드'…전기차 타이어 시장 정조준〉, 《매일경제》, 2021-03-11
• 황시영 기자, 〈"24시간 생산해도 모자라"…5G 시대에 코오롱 아라미드 '인기'〉, 《머니투데이》, 2019-09-24
• 박지혜 기자, 〈코오롱인더, '슈퍼섬유' 아라미드에 꽂히다〉, 《뉴스핌》, 2021-08-01
• 고형광 기자, 〈5mm 실이 2t 車를 끌어 올린다?…'꿈의 섬유' 아라미드〉, 《아시아경제》, 2015-05-03
• 〈(효성적 일상) 단지 그을렸을 뿐, 아라미드(Aramid)〉, 《효성 블로그》, 2019-11-13
• 이재연 기자, 〈‘슈퍼섬유’ 아라미드, 왜 5G·전기차와 함께 뜨지?〉, 《한겨례》, 2020-06-15
• 조민지 청소년 기자, 〈아라미드 섬유 - 잘 타지도, 녹지도 않는.〉, 《한국웰페어뉴스》, 2019-12-17

같이 보기

• 섬유
• 신소재
• 나일론
• 강철
• 전기차
• 타이어

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