카본이라는 말은 이미 여러 제품에서 많이 들어봤을 거예요. 특히, 올해는 카본 매트가 등장에서 홈쇼핑 등에서 많이 판매하고 있는 것을 봤습니다. 카본이란 게 무엇일까요? 특히 카본 매트는 전기 매트 일종인데, 세탁이 가능하다고 하니, 과연 섬유인지 전선인지 카본에 대해 알아보도록 하겠습니다.
카본 매트의 등장
카본이란 무엇인가?
카본(Carbon)은 원소 주기율표에서 원자번호 6번에 위치한 탄소 원소를 의미합니다. 탄소는 자연에서 유기물, 광물 형태로 광범위하게 존재하며, 생명체의 기본 구성 요소로서 생물학적, 화학적으로 중요한 물질입니다. 우리가 흔히 말하는 '카본 섬유'는 탄소 원소로 이루어진 인공적인 재료로, 탄소를 고온에서 가열하여 결정구조를 형성하도록 만들어진 고강도, 고탄성 섬유입니다.
카본 섬유의 특징은 다음과 같습니다.
- 가벼움: 동일 부피의 강철보다 훨씬 가벼운 무게.
- 강도와 내구성: 단위 무게당 강도는 강철의 10배 이상.
- 열 및 전기 전도성: 구조적으로 자유 전자가 있어 열과 전기가 쉽게 흐름.
- 내열성 및 화학적 안정성: 3000°C 이상의 고온에도 형태와 특성을 유지.
이러한 특성 덕분에 항공우주, 자동차, 스포츠 장비, 의료 기기 등 다양한 첨단 산업 분야에서 사용됩니다.
카본 섬유는 어떻게 만들어질까?
카본 섬유는 주로 폴리아크릴로나이트릴(PAN)이라는 합성물을 원료로 사용합니다. 간단하게 제작 공정을 정리하면 다음과 같습니다.
- 탄화 과정: 원료 섬유를 고온(300~3000°C)에서 가열하여 탄소만 남기고 나머지 요소는 제거합니다. 이 과정에서 분자 구조가 정렬되어 강도와 내구성이 높아집니다.
- 표면 처리: 섬유 표면에 에폭시와 같은 접착제를 잘 붙게 하기 위해 산화 처리 등을 시행합니다. 이 과정은 섬유의 기능성을 향상하고, 내구성과 전도성을 높이는 데 기여합니다.
- 코팅 및 패턴 형성: 원하는 특성에 따라 섬유를 코팅하거나, 여러 층으로 적층하여 다양한 용도로 활용할 수 있는 형태로 제작합니다. 카본 매트에 적용되는 카본 섬유도 이 단계에서 전도성과 내열성을 극대화하는 처리를 거칩니다.
카본 섬유가 전기를 통할 수 있는 이유
카본 섬유는 금속처럼 자유 전자가 있어서 전기가 흐릅니다. 이를 가능하게 하는 원리는 크게 두 가지로 정리할 수 있습니다.
- 결정 구조: 카본 섬유는 다수의 탄소 원자가 육각형 구조(흔히 ‘그래핀’ 구조로 불림)로 배열된 형태를 갖습니다. 이 구조에서는 자유 전자가 쉽게 이동할 수 있어 전기가 흐르게 됩니다.
- 균일한 전도성: 카본 섬유는 전체적으로 균일한 전도성을 가지며, 전기 저항이 낮아 효율적으로 열을 발생시킵니다. 전기매트의 저항선 방식과 달리, 카본 섬유는 매트 표면 전체에서 균일한 열을 만들어냅니다.
왜 카본 섬유를 매트에 사용할까?
카본 섬유는 기존의 금속 저항선 방식과 비교했을 때 다음과 같은 장점을 제공합니다.
- 고른 열 분포: 카본 섬유는 전류가 매트 전체에 고르게 흐르도록 설계할 수 있어 특정 부분만 과열되거나 열이 부족한 현상이 적습니다.
- 에너지 효율성: 전기 저항이 낮아 에너지 손실을 줄이고, 적은 전력으로도 충분한 열을 발생시킬 수 있습니다.
- 안전성과 내구성: 내열성과 화학적 안정성이 높아, 장기간 사용해도 마모되거나 변형될 가능성이 낮습니다.
- 유연성과 편리성: 얇고 가벼운 구조로 제작 가능하여 접거나 이동하기 쉽고, 매트 내부에 유연하게 삽입할 수 있습니다.
카본 매트. 물과 전기가 공존?
- 카본 매트는 카본 섬유 자체의 특성뿐 아니라 이를 보호하는 방수 코팅 기술이 적용됩니다. 코팅은 물이 내부 전도성 소재에 닿지 않도록 보호막 역할을 하며, 내구성이 강한 소재로 만들어져 세탁기로 세탁해도 안전합니다.
- 일반적인 세탁기는 강한 물살과 회전력으로 때를 제거합니다. 카본 매트는 이러한 충격에도 견딜 수 있는 방수 및 내구성을 갖춘 소재로 제작됩니다. 물론 제조사의 권장 세탁법을 따라야 안전한 사용이 가능합니다.
카본 매트 vs 온수 매트 vs 전기 매트 전자파 비교
전자파의 기본 원리
전자파는 전기 제품이 작동할 때 발생하는 전자기장입니다.
각 매트에서 발생하는 전자파를 비교해 보면 다음과 같이 생각해 볼 있습니다.
- 온수 매트: 물 순환을 위한 모터와 히터에서 전자파 발생. 매트 내에 있는 관은 물이 흐르는 관일 뿐이어서 매트 자체에 전자파는 없다고 볼 수 있습니다. 다만, 보일러로 불리는 곳은 전자파가 발생합니다.
- 전기 매트: 저항선에서 발생하는 전자파가 강한 편. 전기 조절기는 물론, 매트에 도선이 삽입되어 있어 전자기장이 직접적으로 발생합니다. 매트의 재질이 전자파 차단 재질이 아니라면 나머지 두 종류의 매트보다 전자파는 높을 수밖에 없는 구조입니다.
- 카본 매트: 전류가 균일하게 흐르는 카본 섬유 구조 덕분에 전자파 발생이 상대적으로 낮습니다.
사실, 전기 매트보다 더 많은 전자파 발생기는 스마트폰이 아닐가 싶습니다. 휴대폰의 안테나 강도가 세다는 것은 전자파가 강하다는 것이거든요. 이런 휴대폰을 우리는 머리 옆 바로 귀에 대고 통화를 하죠. 특히 어떤 분들은 거의 1시간 이상씩 통화를 자주 하시는데, 전기매트를 걱정하기보다 통화를 줄이는 게 전자파를 회피하는 더 좋은 습관이 아닐까 합니다.