카본 프레임

2012년 10월 자전거생활 기고문 

 

자전거 프레임에는 어떤 카본 소재가 사용되는가?

카본섬유는 우리가 주변에서 발견할 수 있는 섬유와 모양새는 크게 다르지 않다. 옷을 만들 때 사용하는 섬유처럼 '검은색 실'인 것이다. 하지만 이 섬유를 접착제인 에폭시 레진과 함께 섞어서 굳히면 카본 복합재(Carbon Composite)가 된다. 이것으로 비행기도 만들고 자전거 프레임도 만든다.

섬유와 액체인 에폭시 레진(Epoxy Resin)를 함께 섞기만 해서는 재료로서 의미가 없기 때문에 카본프레임 공장에서는 프리프레그(Prepreg)라는 소재를 쓴다. 이것은 일정한 두께의 카본섬유 한 장에 에폭시 레진을 발라놓은 것으로 프리프레그를 여러장 적층하여 자전거 형상을 만든다. 각각의 레이어를 다른 방향으로 겹침으로써 프레임에 특성을 부여한다.

이 검정색 시트는 가위로도 잘라지고 조금 끈적거리기 때문에 여러 장을 붙여서 모양을 만들기도 좋다. 카본 프레임을 만들 때에는 약 40% 정도 에폭시 레진이 함유된 프리프레그를 쓴다. 나머지 약 60%는 카본 섬유이다.

 

산타크루즈 카본 프레임의 절단면이다. 다양한 각도로 섬유를 적층하여 만들었다는 사실을 발견할 수 있다. 일반 튜빙자전거의 매끈한 안쪽면과는 비교된다.

출처. www.pinkbike.com

 

 

카본프레임은 버티드가 필요없다.

알루미늄 프레임은 대량 생산된 프레임을 용접하여 제작한다. 이 때에 튜빙의 두께가 다른 버티드 튜브를 사용하여 경량화한다. 구조적으로 보강을 하는 것이다.

하지만 카본 프레임은 튜빙의 단면을 끊어서 보았을 때에 정확하게 일정한 두께를 가질 수가 없다. 바로 카본 시트를 적층하기 때문인데 그것 때문에 모든 튜빙은 트리플 버티드 이상의 다양한 두께가 구현된다. 멀티 버티드인데 사실상 버티드의 개념이 아닌 것이다.

카본 시트 한장을 넣고 빼고에 따라서 부분별로 다양한 두께를 구현할 수 있는 것이 카본 프레임의 장점이다. 그래서 카본은 자전거의 경량화를 구현하는데 있어서는 매우 유리한 소재이다.

 

아이비스 카본 프레임을 만들기 위한 금형이다. 카본 금형은 스틸(Steel)로 제작하며 자유곡면을 표현할 수 있기 때문에 다양한 스타일의 카본 프레임이 나오고 있다.

출처. www.ibiscycles.com

 

 

왜 카본으로 자전거 프레임을 만드는가?

이유는 세가지로 요약할 수 있다. 앞에서 말한 경량화이다. 카본은 무게 대비 강도가 뛰어난 소재이다. 가볍고 단단하기 때문에 카본 프레임은 가벼운 자전거를 만들기 위해서 도입되었다. 1975년에 최초의 카본 프레임으로 인정받는 엑손사의 그라프텍이 나왔지만 러그 방식이었고 1986년에는 지금의 프레임과 유사한 모양의 모노코크 카본 프레임이 등장하였다. 못해도 26년이 넘은 시간 동안 카본 프레임은 계속해서 발전해왔다.

두번째는 디자인의 자유도가 높기 때문이다. 다시 말해 일반적인 튜브 형상을 넘어서 자유로운 곡면을 자전거 프레임에 구현할 수 있다. 이로 인하여 카본 프레임은 브랜드마다 자유로운 형상으로 자신들만의 아이덴티티를 표현해왔다. 유명한 브랜드 하나를 떠올려보자. 그 회사의 데칼뿐만 아니라 그 자전거의 프레임 형상도 떠오른다. 예를 들어 자이언트의 사각형 다운튜브라던가, 피나렐로의 근육질을 연상시키는 유기적인 형상 등이 있다.

세번째는 성능이다. 대량생산된 튜브를 가져다가 용접하는 프레임과 달리 카본 프레임은 카본레이어를 어떤 각도로 몇장 겹치느냐에 따라서 전혀 다른 자전거 프레임을 만들 수가 있다. 백분의 일초라도 단축시키고자 하는 욕망이 카본 프레임의 발전을 이끌어왔다. 세계적인 경기의 대부분에 카본 프레임이 사용되고 있는 사실이 이를 반증한다.

 

카본 프리프레그로 자전거 프레임을 만들고 있다. 한장한장 적층하는 방식으로 만들며 카본섬유의 각도를 어떻게 설계하느냐에 따라서 프레임의 성격이 규정된다. 이 작업은 대부분 손으로 이루어지며 카본 자전거 공장에서 고급 기술자들이 배정되는 공정이다. 

출처. www.ibiscycles.com 

 

 

좋은 카본 프레임을 고르는 방법은?

먼저 그 카본 프레임을 경험해보는 것이 중요하다. 가까운 사람이 내가 원하는 자전거를 이미 타고 있다면 잠시라도 빌려서 시승을 해본다. 동호회나 주변의 선후배를 수소문해보고 자전거 회사의 시승회에 참석하는 것도 좋다. 해마다 열리는 서울바이크쇼 등에도 따로 시승할 수 있는 기회가 마련되어 있다. 정확하게 그 자전거를 구하기 힘들다면 같은 브랜드의 비슷한 자전거도 괜찮다. 같은 설계자를 통하여 같은 공장에서 만들어졌을 가능성이 높기 때문이다.

두 번째 선택기준으로는 이미 품질이 검증된 브랜드인지, A/S를 잘해오고 있는 회사의 제품인지를 보도록 한다. 카본 프레임은 다른 프레임들과 마찬가지로 가혹한 라이딩 상황에 노출되는 제품이다. 특히 다른 프레임과 달리 찌그러지지 않기 때문에 육안으로는 카본조직이 손상되었는지 알아보기가 힘들다. 그러므로 라이딩 전후에 카본 프레임이 돌에 찍힌 자국이 있는지, 알루미늄 부품과의 연결부위는 견고한지 등을 체크하는 것이 좋다. 아울러 나의 실수든 남의 실수든, 프레임이 손상되었을 때 대책을 문의할 수 있는 곳에서 구입하는 것이 좋다.

 

스페셜라이즈드와 맥라렌이 함께 만든 로드바이크이다. 이와 같이 카본 프레임은 경량화, 디자인, 성능을 동시에 추구하는 자전거에 있어서 선택할 수 밖에 없는 소재가 되었다. 유려한 자유곡면을 구현함으로써 상품성과 함께 에어로다이나믹까지 고려하는 자전거가 탄생할 수 있었다.

출처. www.specialized.com

 

카본 프레임의 미래는?

카본 소재가 아무리 저렴해져도 생활자전거로 내려올 가능성은 희박해 보인다. 카본 프레임을 제조하는 생산단가에 재료비보다는 인건비가 여전히 상당부분을 차지하기 때문이다. 다만 카본 스포츠 자전거의 가격은 상대적으로 저렴해지고 있다. 고가의 하이엔드 제품을 위시하여 카본 프레임의 제품은 더욱 다양해질 것이다. 대량생산되어 우리에게 이렇게 가깝게 다가온 것이 불과 몇년 사이이기 때문에 카본프레임의 시대는 이제부터라고 보아도 좋을 정도이다.