(재료기초) 강화플라스틱, Reinforced Plastics, FRP, GRP

우리가 흔히 아는 플라스틱은 가벼우며, 여러 가지 모양을 다양하고 손쉽게 만들 수 있다는 장점이 있다.
하지만, 이러한 장점에도 불구하고 열과 충격에 매우 약한 치명적인 단점을 가지고 있다.

생활용 플라스틱 - oecd.org

그래서, 이러한 단점을 보완하기 위해 다양한 신소재 연구가 진행되었고, 유리섬유나 탄소섬유 등을 보강재로 사용하여 플라스틱을 강화하는 데 성공하였다. 이렇게 강화된 플라스틱은 보강재의 종류에 따라 FRP, GRP 등으로 분류하게 되었다.

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+섬유강화플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastic)

강화 플라스틱 중, 섬유의 재질을 이용하여 제작한 플라스틱으로 섬유강화플라스틱은 2종류로 구분이 된다.

1) 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP, Glass-fiber Reinforced Plastics)

영문명에서 유추 가능하듯이, 유리섬유(Glass-fiber)를 이용하여 보강한 합성수지(Plastic)를 의미한다.

쉬운 예로, 콘크리트 구조물 내부에 철근이 매설되어 완성되는 철근콘크리트 구조와 매우 유사한 구조라고 할 수 있다.
일반적으로 북미권에서는 FRP, 영국 등의 유럽에서는 GRP로 명명한다.

FRP 그레이팅, 가볍고 강도가 우수함 - frpmanufacturers.com

2) 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP, Carbon fiber Reinforced Plastics)

탄소섬유(Carbon fiber)를 이용하여 보강한 합성수지(Plastic)를 의미한다.

철근보다 10배 강한 인장강도를 갖고 있으나, 중량은 철의 1/4 수준이며, 산업계에서는 꿈의 소재로 불리는 재료이다.

흔히 카본 프레임 바이크라 불리는 고급 자전거의 프레임으로 사용되며, 가격이 매우 비싸다.

카본프레임 바이크의 재료인 CFRP tube - carbonscout

 

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+섬유강화 플라스틱의 장점

1) 내식성 우수

2) 중량이 낮고 강성이 우수
* 철에 비해 중량은 1/5 수준이며, 강도비가 높음

3) 내열성 우수
고온에서도 연화하거나 변형되지 않고, 저온에서도 부서지거나 크랙이 생기지 않음

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+GRP, GRE

섬유 강화 플라스틱은 유리섬유와 Unsaturated polyester resin(폴리에스테르 수지) 혹은 Epoxy resin(에폭시 수지) 등과 합성하여 제작하는데,

폴리에스테르 수지 합성 시 GRP가 제작되며,
에폭시 수지 합성 시 GRE가 제작된다.

GRE는 GRP보다 고사양으로 상세사양은 차후 기회가 되면 정리해 보는 시간을 가져야겠다.

+ GRP 제작과정 및 특징

GRP는 유리섬유에 수지를 스며들게 하는 과정을 여러 번 반복하고 적층작업을 한 후, 경화시켜 제작한다.

그러므로, 제작에 기반이 되는 mold(금형)이 있으면 대량 생산이 가능하나, 새로운 아이템 제작 시 무조건 mold를 제작해야 하는 번거로움이 발생한다.

플라스틱 재질이기 때문에 용접이 되지 않고, 산업현장 중 특히 조선소에서 PIPE 제작 시 주로 활용한다.

<참고자료>

섬유강화플라스틱재료(GRP/FRP)