Chemical Fibers International

고온에 견딜 수 있는 재료는 열로부터의 보호내지는 단열이 필요한 분야에 주로 사용된다. 동 재료중 한가지는 고온에서도 견디는 내고온성 섬유라고 볼 수 있는데, 여기서 고온이라는 의미는 다소 불명확하지만 주로 300-1600℃ 수준에서 섬유의 기본 특성을 발휘할 수 있다는 것을 의미한다.

개별적 보호라는 관점에서 설비 혹은 제품, 유동성 용액은 보호될 필요가 있다. 특히, 섬유제품은 화이버, 絲, 로프, 튜브, 패킹, 직물/웹, needle mats 등으로 제조가 가능하며 다양한 공정을 통해 장갑, 에이프런, 보호복 등으로 제조되므로 고온에서 작업하는 작업자에게 그 효용성이 매우 높다.

1. 내열성 섬유

지난 수십년간 내열성 섬유로 사용되었던 것은 주로 광물섬유인 석면이었다. 그러나 석면의 발암특성이 알려지면서 사용량이 급감하였다. 일례로 독일에서는 ‘93년부터 완전히 자취를 감추었으며, 현 시점에서는 포괄적 규제실시로 제거 및 수거만이 가능하다.

지난 10년간 내열성 섬유 시장은 매우 큰 성장을 거두었으며, 다양한 종류의 섬유가 소개되었다. 이는 유리섬유, 실리카섬유, 탄소섬유, 세라믹섬유, Aramid 섬유, 그리고 고온에서도 안정적인 기타 유기섬유 등을 들 수 있다.

현재 대다수의 내열/단열섬유는 무기섬유이다. 동 섬유가 유기섬유와 다른 가장 큰 특징으로는 내열효과가 더욱 크고, 불연성이며, 내분해성이 강하다는 점이다.

2. 무기섬유

- 유리섬유

유리섬유는 현재 가장 중요한 섬유재료로서 각광받고 있다. 이는 기후변화에 잘 견디며, 내구성이 강하며, 화학적으로 안정하고, 불에 타지 않기 때문이다. 유리섬유의 용융점은 840-1000℃ 수준이며, 흡습율은 0.1-0.4%이다. 섬유의 직경은 filament의 경우 3미크론 이상이다. 내분해성이 강하고 신장도가 낮다. 따라서 filament絲 혹은 방적사, 粗紡絲, Air textured 형태로 생산되고 있다.

유리섬유를 분류해 보면 아래와 같다.

1) E(Electric)-유리섬유 : 일반적인 유리섬유이다.
2) S(Strength)-유리섬유 : 내화학성이 강하다.
3) R(Strength)-유리섬유 : 고강도 유리섬유이다.
4) C(Corrosion)-유리섬유 : 내침식성이 우수하다.
5) ECR(Corrosion resistance E-Glass)-유리섬유
6) D(Dielectric) 유리섬유 : 레이더 시설에 사용되는 低절연성 유리섬유
7) AR(Alkari resistant) 유리섬유 : 지르코늄을 통해 콘크리트 보강용에 사용되는 유리섬유
8) 중공 유리섬유(주로 E-유리섬유를 사용)

유리섬유의 내열온도는 450-800℃이며, 이는 생산방법과 화학적 조정에 따라 차이를 보인다. 현재 사용되는 유리섬유중 90% 가량이 E-유리섬유이다. 동 제품의 특징으로는 내분해성이 강하고, 500℃의 온도에서 견딜 수 있으며, 전기절연성이 우수하고 강도가 우수하다. 유리섬유의 표면갈라짐을 방지하기 위해 대부분 직경을 6-9미크론 수준에서 사용한다.

- 실리카(Silicate) 섬유

실리카섬유의 주요특징은 1000℃이상에서도 지속적으로 견딜 수 있다는 점이다. 동 섬유의 용융점은 약 1800℃이다. 따라서 용융내지는 침출 등의 방법으로 생산이 가능하다.

동 섬유는 인산(phosphoric acid) 및 불소산(hydrofluoric acid)이외에는 대다수 화학약품에 내성을 지니고 있다. 전기절연성이 매우 우수하며, 표면의 갈라짐이 없고 액체금속 혹은 액체 슬래그에 대한 내성도 뛰어나다.
- 탄소섬유

탄소섬유는 특수한 탄소화 가능재료를 열처리함으로써 생산할 수 있다. 탄소섬유내 탄소성분은 전체의 80%이상을 차지하고 있으며, 용융점이 3,650℃나 되기 때문에 無산소 대기에서 초고온에 견딜 수 있다. 또한 밀도가 1.5-2.0g/㎤으로 낮다. 탄소섬유는 고강도/고신도이며, 파단신도는 1.7% 수준으로 매우 낮다. 가열되면 섬유의 길이는 짧아지나 두께는 두꺼워지며, 일반적인 탄소섬유의 직경은 5-8미크론 수준이다.

-세라믹섬유

무기 섬유의 종류 중 다른 하나는 내화 세라믹섬유(refractory ceramic fiber, RCF)이다. 그러나 동 섬유는 섬유형태(yarn or thread)를 갖추기 위해서는 방사액에 전체의 15-20%가량의 유기섬유를 첨가해야 한다. 이밖에 550℃에 견디는 유리섬유내지는 1000℃의 크롬화 강철을 코어로 하여 보강하기도 한다. 이같은 생산 혹은 처리법은 세라믹 섬유의 내열온도를 조절하게 된다.

위와 같은 처리를 거치지 않은 직물 혹은 매트의 경우 섬유의 평균직경이 2-3미크론으로써 용융점이 1800℃으로 실제 내열온도는 1,600℃수준이다. ‘97년이후 RCF는 EU의 규제방침(97/69 EG)에 따라 “발암물질 카테고리 2”로 분류되고 있다.

- 내고온성 유리섬유

내고온성 섬유의 다른 종류로는 칼슘마그네슘-실리카섬유를 들 수 있다. 동 섬유는 용융된 산화칼슘과 산화마그네슘을 기반으로 생성되며, 원심분리법을 응용, 제조된다. 용융점이 약 1,330℃이므로 1,100℃까지 견딜 수 있으며, 평균 직경은 3.2미크론으로써 열전도율이 낮고, 내화학성이 강하다.

동 섬유는 특수한 화학적 조성으로 인해 생화학적 용해성을 가지고 있으나, 아직까지 널리 알려지지 않은 섬유중 하나이다.