프리프레그는 탄소섬유가 첨단복합소재가 되기 전의 형태를 의미해요.
프리프레그(Prepreg)의 단어부터 알고가면 이해하기 쉬운데요. Prepreg는 'Pre'+Preg'의 합성어로 Pre-는 '미리, '앞서'라는 뜻이고요 Preg는 '성질', '특성'이라는 의미입니다. 즉, 복합완성체를 만들기 이전의 필요한 특정소재 정도라고만 이해해도 충분해요.
프리프레그에 대한 뉴스를 찾아보면, 탄소섬유와 첨단복합재를 이어주는 '핵심소재'라고 적혀있는 기사가 있는데요. 앞서 설명했듯, Prepreg는 복합완성체가 되기 이전의 필요한 특정소재라고 했으니, 탄소섬유-프리프레그-첨단복합재의 관계가 성립되겠네요.
탄소섬유가 강도와 탄성을 담당하면, 각 섬유를 이어주는 것이 수지입니다. 이 둘의 배합을 잘 조율해서 중간재 형태로 만든 것이 '프리프레그'입니다.
탄소섬유는 강철보다 강하고 알루미늄보다 가벼운 제일 각광받고 있는 소재이죠. 하지만, 탄소섬유 자체만으로는 '실(Fiber)' 또는 '천(Fabric)'에 불과해요. 탄소섬유의 물성을 유지하면서도 부품의 형태를 만들 수 있게 하는 기지재(Matrix)를 만난다면, 우주선, 자동차 등 각종 산업재의 복합소재로 쓰일 수 있는 것이죠. 이 기지재 역할을 하는 것이 수지(플라스틱)입니다. CFRP라고 Carbon Fiber Reinforced Plastic의 약자인데요. 즉, 탄소는 탄성력과 강도를 담당하고 플라스틱은 유연한 강점을 이용해 각 섬유간의 힘을 연결해주는 서로 보완관계인 것이죠.
그래서, 탄소섬유와 수지를 일정 비율로 섞어주는 것이 중요한데요. 이때, 탄소섬유와 수지를 일정 비율로 섞어놓은 것이 프리프레그입니다. 즉, 중간재 역할을 하는 것이죠. 프리프레그 없이 복합소재를 만들 수는 있지만, 탄소, 수지의 비율조절이 어려워 복잡한 형상구현에는 어렵습니다. 또한, 바로 완성품을 만들어버리면, 다시 사용할 수가 없겠죠. 근데, 미리 프리프레그 형태로 만들어 놓으면, 어떠한 완성품에든 가져다 쓸 수 있으니 중간재인 프리프레그가 선호되는 것입니다.
탄소섬유와 섞이는 수지에도 종류는 있어요. 열경화성 vs. 열가소성 수지가 맞붙고 있는데요. 열경화성이 물성도 우수하고 성형도 쉽지만, 제조시간이 길어서 열가소성 수지가 연구개발되고 있는 중이에요.
탄소섬유의 섬유사이들을 잘 결합시켜주는 것이 수지의 역할이라고 했죠. 수지도 두 종류로 나뉘는데요. 열경화성과 열가소성 수지로 나뉩니다. 열경화성은 열을 가하면 금방 단단해지는 것을 의미해요. 재가공, 재성형은 안되지만, 제조가 쉽고 물성도 우수합니다. 그리고, 많은 프리프레그 제조업체들이 이미 다양한 공법으로 열경화성 수지를 사용하고 있어요. 하지만, 제조시간이 길어서(1시간 이상) 대량생산에는 적합하지 않아요. 그래서, 요즘은 성형시간을 대폭 줄일 수 있는 열가소성 수지가 활발히 연구가 진행되고 있습니다.