카본 소재의 자전거 특성과 주의할 점

[송자함(채경묵)]

카본 소재의 자전거 특성과 주의할 점

Name : 자전거나라
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1. 내충격성 / 주의할 점
카본 섬유는 전체적으로 가느다란 섬유가 연결이 되어 있기 때문에
충격이 분산되는 상황에서는 매우 안정적으로 충격을 흡수하고 견뎌낸다.
반면, 국소부위 또는 좁은 면적에 집중하여 충격이 가해지면 크랙이 발생할 수 있다.
이러한, 국소부위에 충돌하는 물체를 견뎌내기 위하여 안쪽에 알루미늄 튜빙을 심거나
카본을 1K, 3K 등으로 직조할 때 아라미드 섬유(케블라 섬유)와 혼직을 하기도 한다.
알루미늄 소재를 안에 심는 경우엔 무거워질 수 있으므로, 가능한 카본 섬유만으로 제조하려고 한다.
아라미드 섬유는 가격이 카본섬유보다 저렴하면서 인장강도 면은 카본 섬유에 뒤지지 않으며,
국소부위 충격에도 잘 끊어지지 않는 성질이 있어 카본 섬유를 보완하는 기능을 하게 된다.
카본과 아라미드 원단을 혼직한 원단은 검은 체크무늬와 아이보리 체크무늬가 번갈아 나타나는 패턴을 가진다.
절개했을 때만 보이므로 외관상으로는 카본 프레임 안에 아라미드 섬유가 있는지 알 수가 없다.
그래서, 아라미드 섬유는 카본섬유를 보완해줘서 국소부위의 내충격성을 높여줄 수 있다.
카본복합재는 카본섬유 이외에도 에폭시 레진, 알루미늄, 아라미드 섬유 등과 함께 쓰여서 복합재라 할 수 있다.
카본복합재로 만들어진 요즘 자전거 프레임은 매우 가벼우나, 그만큼 단면의 두께가 무척 얇다.
이 얇은 외벽에 뽀족한 것이나 둔탁한 것에 부딪힌다면 그 자리는 크랙이 발생할 가능성이 높다.
그러므로, 자전거가 찌그러지거나 크랙이 발생했다면 그 즉시 라이딩을 중단해야 한다.
또한, 자전거를 세워놓을 때엔 넘어지지 않도록 세운다.



2. 열내구성 / 주의할 점
카본 프레임이나 카본 림은 에폭시 레진이라는 액체로 된 열경화성 수지를 카보 섬유와 함께 금형에 넣고 굽는다.
이 굽는 과정을 큐어링(curing)이라고 하며, 일반적으로 125~145도의 온도에서 1~2시간 동안 큐어링을 하게 된다.
이는 에폭시 레진이 125~145도 사이에 경화작용(딱딱하게 굳는 현상)이 일어나기 때문이다.
한번 경화가 일어나면 다시 원래의 액체로 환원되지 않고 고체로 안정된 형태를 유지하게 된다.
125~145도 이상의 온도가 카본 조직에 발생하게 되면 그 부분의 조직은 손상을 입게 된다.
더욱이, 한번 녹은 조직은 다시 재생할 수 없고 강도 역시 다른 부분과 비교해 현저히 낮아져,
라이더의 안전에 지장을 주는 치명적 손상이라고 할 수 있다.
카본 휠에서 스포크는 100~130 kgf 정도의 힘으로 카본 림을 허브 가운데 방향으로 강하게 당겨주고 있는 상태다.
항상 힘이 걸려있기 때문에 고열을 받으면 열화작용으로 인해 림이 강도를 유지하지 못하고
스포크가 당기는 힘에 의하여 림의 변형이 생길 수 있다.
시속 60~80km 의 고속 주행 중에 브레이크를 길게 잡아주게 되면 카본 림의 표면 온도는 어느덧 145도를 훌쩍 넘는다.
이렇게 경화온도를 넘어서는 고열이 발생하면 카본 림을 이루고 이는 카본 복합재 조직이 손상되어
카본섬유가 이리저리 밀리고 카본 림 표면에 녹아내린 에폭시 레진을 발견할 수 있게 된다.
카본휠의 경우에는 반드시 카본 휠 제조사가 지정한 브레이크 패드만 사용하여야 하며
내리막길에서 브레이크를 잡을 경우엔 표면이 냉각될 수 있도록 브레이크를 끊어서 잡는 등의 대처가 필요하다.
생명이 위험한 경우를 제외하고, 평소 내리막길에서 속도를 줄이고 브레이크를 심하게 잡지 않는 라이딩 습관이 필요하다.



3. 침수성 / 주의할 점
카본복합재는 수분이 침투하였을 시 물성치가 변화해 결과적으로 강도가 약해진다고 한다.
한마디로, 습기/수분에 의하여 약해진다는 것이다.
우천시 라이딩이나 진흙탕을 뒤집어썼을 때, 프레임이나 휠 등에 남아있는 수분을 모두 빼고
물기를 닦아낸 후에 건조한 것에서 잘 말리는 것이 좋다.
인위적으로 헤어드라이기나 난로 등의 뜨거운 발열체를 이용하는 것은 좋지 않다.
또한 장기간 라이딩을 하지 않을 경우 습한 곳이 아닌 건조한 곳에 보관하는 것이 낫다.
특히, 페인트 도장이 되어 있는 표면의 수분 제거도 중요하지만,
자전거를 일부 분해하여 프레임 내부의 수분이 남아있지는 않은지,
카본 휠 내부에 잔존하는 수분이 있는지 자주 체크해보는 습관이 필요하다.



4. 접착성 / 주의할 점
대부분 카본 프레임의 드롭아웃과 비비쉘 부분은 알루미늄으로 되어 있다.
이것은 알루미늄 부품과 카본을 단단하게 접착시킨 것인데, 시간이 지나면 분리현상이 발생할 수 있다는 것이다.
제조된 지 5년 이상 지난 카본 프레임이나 격렬하게 라이딩을 즐기는 라이더라면
라이딩 전후에 접착상태를 확인하는 것이 좋다.
현재의 카본 자전거 제조기술은 상당히 발달하여 이러한 약점을 극복하고 있다.



5. 크랙 / 주의할 점
카본은 여러 겹의 카본시트가 단면을 구성하고 있다.
그래서 심한 충격이 가해졌을 경우에 크랙이 발생하지 않고 겉보기에는 멀쩡한 경우도 있다.
그러나 내부에서는 접착되어있는 여러 겹의 카본시트들이 서로 들고 일어나 구조적으로 약해져 있을 수 있다.
이는 도장된 표면을 잘 관찰하여 실금 등이 있는지 관찰해보고
육안으로 관찰되지 않을 경우에는 충격을 받은 부위를 손으로 눌러보면서 체크한다.
만약, 주변부보다 쉽게 들어가거나 눌러진다면 안쪽 카본 조직 손상을 의심해 볼 수 있다.
이렇게 여러 겹의 카본시트들이 서로 붙어있지 못하고 떨어지는 현상을 딜라미네이션(Delamination)이라고 한다.
라이딩 전후에 자전거의 상태를 관찰하고, 라이딩 중에도 평소와 다른 느낌이 전달되는지 느껴보는 것이 도움이 될 것이다.