하급 카본 vs 상급 알루미늄 논쟁

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하급 카본 vs 상급 알루미늄 논쟁

1. 서설

많은 분들이 입문하실 때 카본,  알루의 성능비교를 하십니다. 

가장 많이 논쟁되는것이 알루의 강성이 더 좋다,  직진성이 더 좋다,  반응성이 더 좋다는 것인데요.
이에 대한 오해로 인해 잘못된 의사결정을 하시는 분들이 종종 있어서 카본 프레임과 알루 프레임의 특징에 대해 간략히 몇 글자 적어보겠습니다.


2. 공학적인 개념
(1)개요
많은 분들이 강성이 뭔지 잘모르시거나 어렴풋이 알고 계시거나,  잘못 알고 계시것 같아서 강성이 뭔지,  유사개념인 강도와는 어떻게 구별되는지를 중심으로 살펴보겠습니다.

(2)탄성변형과 소성변형
재료에 힘을 주면 약한 힘을 가할 때에는 살짝 변형 했다가 원래대로 돌아옵니다.
하지만 일정 수준 이상의 힘을 가하면 돌아오지 못하고 휘어져버리죠.
원래대로 돌아올 수 있는 정도의 변형을 탄성변형, 

휘어져서 원래대로 돌아오지 못하는 변형을 소성변형이라고 합니다.
철사를 툭툭 치듯 힘을 가하면 원래대로 돌아오지만(탄성변형) 세게 힘을 줘서 구부려버리면 돌아오지 못하게 휘어버리죠.(소성변형)

(3)강성의 이해
여기서 탄성변형에 저항하는힘, 힘을 줘도 변형이 안되려는 정도를 강성이라고 합니다. 단위로는 N/mm, N/°등을 사용하죠. 1mm변형시키는데 몇N의 힘이 필요한가,  1°비트는데 몇N이 필요한가 입니다.(이하 설명편의상N/mm를 예시로하여 설명하겠습니다.)
강성이 좋은 재료는 동일한 힘을 가했을때 변형이 적습니다. 
예를 들어 강성이 5N/mm인 재료와 10N/mm인 재료에 10N의 힘을 가하면, 5N/mm인재료는 2mm변형하는 반면 10N/mm인 재료는 1mm만 변형하게 됩니다.

(4)강도의 이해
탄성변형에 저항하다 소성변형에 접어드는 순간, 회복되지 못할만큼 휘어져버리는 순간을 강도 라고 합니다.(항복강도, 인장강도등등이 있지만 이해를 돕기위해 항복강도로 설명드리겠습니다.)

(5)강성과 강도의 구별
강성은 단단하다,  강도는 튼튼하다 정도로 이해하시면 될것같습니다.
주행성능과 관련하여 강도는 별 의미 없습니다. 

선수급의 엔진이라도 통상적인 프레임이 파손 될 정도의 힘을 주긴 힘드니까요. 
프레임에 힘을 줬을 때 얼마나 힘을 잘 받는지는 힘을 줬을 때 얼마나 변형을 하지 않고 버틸수 있는지,  즉 강성이 중요한 요소입니다.

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            [위 JAVA FIT FOLDING FRAME]

3. 알루프레임과 카본프레임

(1) 카본과 알루소재의 강성
일반적으로 동일 무게일 때 카본의 강성이 더 좋습니다.
동일 강성일 땐 카본의 무게가 더 가볍죠.
하지만 알루의 무게를 무겁게 하면 카본보다 강성이 더 좋기도 합니다. 

이 말은 하급 알루로도 무게를 무겁게 설계하면 기함급 카본보다 더 강성 좋게 만들 수 있다는 의미가 됩니다.  

 

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            [위 부러진 Aluminium 프레임]


(2)카본 프레임과 알루프레임의 강성
하급카본과 상급 알루 논쟁하시는 분들중의 대부분이 주장하시는 근거중 하나는 상급 카본프레임의 강성이 하급 카본프레임의 강성보다 좋다. 따라서 상급알루가 우월하다는 건데요.
위에도 언급했지만 절대 강성은 의미가 없습니다.
하급 소재라도 무겁게 하면 강성은 증가하니까요.  절대 강성이 아닌 무게 대비 강성으로 접근하셔야합니다.

예를들면 슈퍼 식스에보와 캐드10의 비비 강성은 57N/mm,  56N/mm입니다.
이건 슈퍼식스 에보의 강성 한계가 57N/mm이기 때문에 상급 알루와 유사하게 57N/mm로 만들 수 밖에 없었던 것이 아닙니다.
캐논데일 측에서 봤을때 bb강성은 56,57N/mm 정도면 충분하고 그 이상의 무의미 하다고 판단했기 때문에 56,57정도만 유지하고 무게를 감소시키는 방향으로 설계를 한 것입니다. 여기서 무게 대비 강성은 카본이 더 높기 때문에 동일 강성의 두 제품이지만 무게는 슈식 에보가 더 가볍게 되는거죠.
무게를 동일하게 맞추면 슈퍼식스 에보의 강성이 월등히 높게됩니다.

유사한 예로 슈퍼식스 에보 하이모드와 캐드12의 강성은 정확히 같습니다.
캐드12가 하이모드급 프레임이기 때문이 아닙니다. 캐논데일에서 그 정도 강성이면 충분하다고 판단하여 그 정도로 설계한 것이죠.  하지만 무게 대비 강성은 하이모드가 월등하므로 무게가 훨씬 가볍습니다. 
동일강성을 확보하는데 무게를 40%정도 감소시킬 수 있다면 엄청난거죠. 

한번 더 강조하지만 알루프레임의 강성이 더 높게 나왔다면 그건 그냥 그렇게 설계했기 때문이지 알루 프레임이 우월하기 때문이 아닙니다. 절대강성이 아닌 무게대비 강성으로 보셔야 합니다.

번외로 기함급프레임을 살펴보면...  기함이라고 무조건 강성이 좋은것은 아닙니다.  프레임이 추구하는 성향에 따라 다른거죠.  예를들어 에몬다slr 의 비비강성은 52정도로 최하급입니다. 강성이  입문용알루급이라고 보시면 될거에요. 그렇다고 알루보다 못한 기함프레임!이라고 할수 없는것이 무게는 초경량이죠.  강성을 포기하고 무게를 택한겁니다. 이경우에도 무게대비강성으로 보면 상급이 맞는거죠. 타막은 올라운드기함프레임이 1kg정도됩니다. 무게는 알루급이죠. 하지만 무게대비 강성은 뛰어나기때문에 강성은 엄청납니다. 수십개 기함프레임중 강성은 1위로 측정됐습니다.

(3)승차감 차이
승차감이 좋다는건 강성이 안좋다는 의미입니다.
지면으로부터 올라오는 충격(힘)을 잘 전달해주지 않는다는 의미니까요.
힘 전달력이 좋지않다 ☞ 강성이 낮다. 이렇게 됩니다.

하지만 카본 프레임은 부위별로 강성을 다르게 설계 하기가 쉽습니다. 
비비쉘 부분이나 다운튜브,  헤드튜브 같이 강성이 필요한 부분은 강성을 높게, 싯스테이 같이 승차감이 필요한 부분은 강성이 낮게 설계해서 힘 전달력과 승차감을 동시에 만족시키려 노력합니다.

반면 알루 프레임은 소재 특성상 부위별로 알맞은 강성으로 설계하기가 어렵습니다. 
적당한 강성, 적당한 승차감을 얻게되죠. 강성도 높지 않지만 승차감도 좋지 않습니다.

(4)알루 프레임과 카본 프레임이 추구하는 바가 다른지 여부.
알루와 카본은 추구하는 바가 다르다.
특성이 다를 뿐 어떤게 좋다 나쁘다 할 수 없다는 분들이 종종 계시는데 이건 틀렸습니다.

자전거의 추구하는 성능은 모두 비슷합니다.
무게, 강성,  승차감, 이들의 밸런스. 이게 끝입니다. (에어로 모델의 경우는 에어로 성능추가)
가벼우면서 강성이 좋으며 승차감도 좋은 자전거를 만드는 게 목표입니다.
이들은 모두 상반되는 성질이기 때문에 밸런스도 중요하구요.

상급 알루로 찬양하는 캐드10,12나 에몬다 ALR 등등 모델이 출시될 때 마다 광고하는 내용도 똑 같습니다.  

무게감소, 강성증가,  승차감 확보.
추구하는 성능, 특징은 알루 프레임이나 카본 프레임 모두 동일합니다. 
알루 특성상 그런 성능을 확보 하기 힘들뿐이죠.


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           [위 JAVA NANO CARBON FRAME 650B]

4. 결어
쓰다 보니 알루 프레임 까는 글이 된 것 같네요. 
제가 궁극적으로 하고 싶었던 말은 구입하실때(특히 입문하실때) 상급 알루에 대한 환상과 잘못된 정보로 인해 판단을 잘 못하는 분들이 많습니다. 일반적으로 알루는 카본의 아랫 등급 소재이고 동일 브랜드내 가격 포지션도 엔트리 알루-상급 알루-엔트리 카본-상급 카본으로 되어 있습니다. 

자전거가 본인의 취미 생활에서 차지하는 중요도,  자금 여유 등을 고려해서 조금 더 쓰실거면 카본으로, 그 정도까지 성능이 필요 없다 싶으시면 상급알루 선택 하시면 될 것 같습니다.
자금 여유와 더 좋은 기종을 타고 싶은 욕구가 있는데도 상급 알루프레임에 대한 환상 때문에 상급 알루를 선택하는 오류를 방지하는 데에 도움이 되셨으면 좋겠습니다.

한줄요약

하급 카본이 상급 알루보다 무게, 강성, 승차감 모두 우월합니다.


 

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