소방관들이 착용하는 방화복이 뜨거운 화염 속에서도 타지 않는 원리를 아라미드 섬유의 열분해 저항성과 분자 결합 구조로 설명해 주세요.

Question

소방관들이 착용하는 방화복이 뜨거운 화염 속에서도 타지 않는 원리를 아라미드 섬유의 열분해 저항성과 분자 결합 구조로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

소방관이 착용하는 방화복이 수백 도의 화염 속에서도 타거나 녹아내리지 않는 이유는 아라미드 섬유가 가진 강한 벤젠고리 중심의 분자 구조와 열에 노출되었을 때 표면이 숯처럼 변하는 열분해 저항성 덕분입니다.

아라미드는 분자의 뼈대가 육각형의 벤젠고리 구조로 연결되어 있어 화학적 결합력이 매우 강해 외부에서 강한 열에너지가 가해져도 분자 사슬이 쉽게 끊어지지 않고 고온을 버텨냅니다. 직선으로 길게 늘어선 분자 사슬 사이에 아미드기가 촘촘히 배치되어 사슬과 사슬이 수소 결합을 형성합니다. 이 결정성 고밀도 구조 덕분에 높은 열이 전달되어도 분자 전체가 매우 단단합니다.

나일론이나 폴리에스터 같은 일반 합성섬유는 열을 받으면 녹아서 액체처럼 흘러내려 피부에 들러붙지만, 아라미드는 열가소성이 없어 고온에 노출되어도 녹지 않고 오히려 표면이 까맣게 구워지며 단단하고 빽빽한 탄화층을 형성하여 내부로 산소가 들어가는 것을 막아 불길이 섬유 전체로 번지는 연소 반응을 막는 동시에 껍질이 강력한 단열재 역할을 하여 내부 소방관의 피부로 열이 전달되는 속도를 지연 시키는 역할을 합니다.