왜 핫에어는 두꺼운 복합재를 가열하는 데 효과가 없는가? (그리고 실제로 효과적인 방법은?) 만약 핫에어를 이용해 두꺼운 복합재를 가열해본 적이 있다면, 그 고충을 잘 알 것입니다. 정말 악몽과도 같은 경험이죠.
문제는 공기가 열을 전달하는 데 매우 나쁜 매체라는 점입니다. 사실상 공기는 절연체에 가깝습니다. 핫에어가 재료의 표면에 닿으면, 그 에너지는 표면에만 머물러 있게 되고, 이로 인해 “경계층”이 형성됩니다. 그래서 열이 재료의 내부로 전달되지 못합니다.
결국, 표면은 타버리고 내부는 여전히 차가운 상태가 됩니다.
열을 내부로 전달하는 방법 이때 적외선이 해결책이 됩니다. 적외선은 공기를 필요로 하지 않습니다. 대신 전자기파를 이용해 재료의 내부로 깊숙이 들어갑니다. 그 파동이 재료의 분자들과 적절한 주파수로 만나면, 재료는 그 에너지를 직접 흡수합니다. 즉, 안에서부터 가열된다는 뜻입니다. 열이 천천히 표면에서 중심부로 전달되는 대신, 내부의 섬유들이 바로 따뜻해집니다. 거의 즉시 일어나는 현상입니다.
“질량” 문제 대류를 이용할 경우, 온도 차이와 싸워야 합니다. 두꺼운 재료의 중심부까지 온도를 높이려면 오븐의 온도를 매우 높여야 합니다. 하지만 이는 위험한 방법입니다. 섬유가 녹거나 재료의 표면이 변형될 수도 있습니다.
적외선은 이러한 문제를 해결해줍니다. 방사선이 재료의 내부 깊숙이 들어가기 때문에, 전체적으로 균일한 온도가 유지됩니다. 더 이상 표면만 과도하게 가열할 필요가 없습니다.
단점도 있습니다. 물론 적외선도 완벽한 해결책은 아닙니다. 특정 재료가 어떻게 에너지를 흡수하는지에 따라 결과가 달라집니다. 만약 재료가 반사율이 너무 높거나, 사용하는 파장에 대해 “투명”하다면, 에너지는 그대로 반사되거나 통과해버립니다. 따라서 램프의 파장이 재료의 흡수 피크와 일치하는지 확인해야 합니다.
또한, 적외선 램프는 매우 작은 부분에서도 엄청난 열을 발생시킵니다. 만약 반사판과 냉각팬이 제대로 작동하지 않으면, 램프의 끝부분이 금방 손상될 수 있습니다.