케블라

듀퐁은 케블라(Kevlar)를 1965년에 발견하였다. 철과 같은 “무거운 원소” 보다는 탄소, 질소, 수소, 산소와 같은 “가벼운 원소들”을 기반으로 한 유기고분자를 사용하면 무게가 가벼운 구조를 만들 수 있는 이점이 있다. 예를 들면 케블라 섬유는 세제곱센티미터 당 1.4 그램의 밀도를 가지는데 이는 세제곱센티미터 당 7.9 그램의 밀도를 가지는 철에 비해 매우 가벼운 것이다. 케블라 섬유는 폴리 파라페닐렌 테레프탈아마이드(poly-paraphenylene terephthalamide)를 기본으로 하는데 이는 충분히 늘어날 수 있고 직선이며 사슬구조를 실현하는 것을 보다 쉽게 하는 단단한 분자이다.

폴리 파라페닐렌 테레프탈아마이드는 마치 요리되지 않은 스파게티와 같이 행동하는 반면에 다른 종류의 덜 단단한 분자는 보다 요리가 된 스파게티 국수가닥과 같이 행동한다. 따라서 분자의 이러한 성질은 원하는 방향으로 일직선으로 배열된 구조를 얻는 것을 더 가능하도록 한다. 또한, 폴리 파라페닐렌 테레프탈아마이드는 고온과 화염에 대한 강한 저항성을 가지고 있다. 열 아래에서 강도를 유지하여 케블라 섬유는 화씨 800도(약 섭씨 427도)까지 열적 위험에 대해 안정성을 가진다.

이러한 비정상적인 특성들의 조합에 의해서 케블라 섬유는 방탄조끼, 절단 저항성을 가지는 장갑 및 폭발과 화염 방패와 같은 다양한 영역의 응용분야에 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 케블라 섬유는 향상된 스포츠 의복 성능도 가진다.

미국 듀폰사가 1971년 개발한 아라미드섬유(aramidfiber)의 상표명.

아라미드 섬유는 방향족(芳香族) 폴리아미드섬유로서, 인장강도·강인성·내열성이 종래의 섬유보다 훨씬 커서 타이어코드에 사용되어 자동차용 레이디얼타이어의 플라이수 감소를 가능하게 하여 자동차경량화에 기여하였다. 케블라는 `황색의 마법섬유'라는 별명으로도 불리며, 철의 5배의 인장강도와 뛰어난 내열성을 가진 획기적 신소재로서 평가받고 있다. 내마모재 자동차부품 항공기의 강화플라스틱재료 등으로 쓰인다.

케블라 섬유는 실, 스테이플, 펄프, 코드, 직물 등의 형태로 단독으로 사용되거나, 다른 고분자나 시멘트의 복합재료에 보강재로서 사용되기도 한다. 케블라의 용도는 경찰관의 생명을 지키는 방탄복 및 방탄헬멧 이외에, 각종 자동차 및 산업용 벨트, 발암성 문제로 사용이 규제된 아스베스토스의 대체품으로서 대형 자동차 및 항공기 브레이크, 거대한 트랙터나 경주용 특수차량 및 항공기의 타이어, 낚싯줄 및 선박용 로프, 날카로운 물체로부터 몸을 보호하는 장갑 및 의복 등에 다양하게 활용되고 있다.
케블라를 사용한 복합재료는 비행기의 구조체, 해상보트, 테니스 라켓, 낚싯대 및 스키 등의 스포츠 용품 등의 제작에 활용되고 있다.

케블라의 고강도, 고탄성률의 특성을 이용한 극적인 용도 개발의 경우는 일본 홋카이도(北海道)의 살로마 호수에 설치된 빙하(氷河) 유입방지 시설이다. 살로마호는 가리비조개 양식이 유명하여 연간 6만 톤을 생산하고 있다. 그런데 근래의 지구온난화현상으로 매년 1월에서 3월 사이에 빙하가 흘러들어 양식시설이 파괴되는 사건이 일어났다. 이 문제는 케블라 와이어를 사용하여 빙하의 유입을 방지하는 거대한 펜스(fence/장벽)를 설치함으로 해결되었다. 펜스는 케블라로 만든 메인와이어(main wire)를 사용하여 대형 부유체(직경 1.2m, 길이 3m)를 연결하고 수면 밑으로 4m 폭의 와이어 네트가 연결된 구조이다. 빙하의 유입을 막기 위해서는 막강한 저지력이 필요한데 강철와이어를 사용하면 강철의 중량 때문에 초거대 부유체를 만들어야 물에 띄울 수 있고 해수에 의한 부식을 해결해야 하는 문제가 발생한다. 이 문제는 500톤이라는 엄청난 하중을 견디면서 가볍고 부식도 되지 않는 직경 13mm의 초극대 케블라 섬유를 제조하여 사용함으로써 해결되었다.

초고속통신망용 광섬유 케이블 시장에도 케블라섬유가 활용되고 있다. 광섬유의 정보 전달량은 종래의 동선케이블의 약 1,000배 정도이다. 케블라섬유는 광섬유 케이블의 강도 보강용 텐션멤버로 사용되고 있다. 광섬유는 직경 0.1mm 정도로 극히 가늘어 인장력에 약하고 설치공사 중에 케이블을 끌어당겨서 인장변형이 발생하면 통신장애가 발생하기 때문에 광섬유 케이블에 보강재를 사용해야 하며 이러한 목적에 사용되는 보강재를 텐션멤버라 한다. 그뿐만 아니라 금속제 텐션멤버를 사용하면 매설공사 중 낙뢰(落雷)에 의한 케이블 손상 문제가 발생하는 것이 비금속제인 케블라를 사용하는 이유가 된다.
최근 휴대폰의 고성능화 및 대형 시장화에 따라 휴대폰에 사용되는 전자부품의 고밀도 실장을 가능케 하는 수지다층기판에 케블라가 사용되기 시작해 대규모 수요처가 될 것으로 예상하고 있다.

Woven Kevlar speaker cone

케블라로 마모가 심한 무릎을 강화한 바지

케블라 신발

카본케블라 탁구채

케블라 자동차 바퀴

케블라 자전거 바퀴