정부와 산업계가 미래 교통수단으로 적극 개발 중인 '에어택시'의 국산화에 청신호가 켜졌다. 국내 연구진이 도심형항공모빌리티(UAM)의 기체·프레임용으로 쓸 수 있는 가볍고 강하면서도 재활용이 가능한 신소재를 국산화하는 데 성공했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 김재우 전자파솔루션융합연구단 박사가 김성훈 한양대 교수, 김성륜 전북대 교수와 함께 폴리프로필렌(polypropylene·PP) 고분자 한 종류만을 사용한 100% 자기강화복합재료를 개발하는데 성공했다고 2일 밝혔다.
도심형 항공 모빌리티(UAM)와 같은 미래 이동수단이 현실화되기 위해서는 연료 효율성은 높이면서 탄소 배출을 줄여야 한다. 이를 위해서는 우수한 물성을 띠면서 재활용도 가능한 새로운 소재 개발이 반드시 필요하다. 자기강화복합재료(self-reinforced composite·RC)는 가격이 저렴하고 가볍다. 강화재와 기지재가 동일한 성분으로 구성돼 폐기 및 재활용 측면에서 이점이 있다. 이 때문에 항공기 등에 사용되는 탄소섬유강화복합재료(carbon fiber-reinforced composite)를 대체할 차세대 복합재료로 주목받고 있다.
문제는 지금까지 자기강화복합재료를 제조할 때 유동성 및 함침성을 향상시키기 위해 강화재 혹은 기지재에 화학적으로 다른 성분을 혼합해왔기 때문에 물성과 재활용 가능성 모두 떨어지는 문제가 있었다. 연구팀은 4축 압출 공정을 통해 폴리프로필렌 매트릭스의 사슬 구조를 조절해 용융점, 유동성 및 함침성을 제어하는데 성공했다. 개발된 자기강화복합재료는 접착강도, 인장강도 및 충격 저항성이 기존 연구 결과 대비 각각 333%, 228%, 2700% 향상된 최고 수준의 기계적 물성을 달성했다. 소형 드론의 프레임 소재로 해당 재료를 적용했을 때 기존 탄소섬유강화복합재료 대비 52% 가볍고, 비행시간은 27% 증가해 차세대 모빌리티 적용 가능성을 확인했다.
김재우 KIST 박사(공동 제1저자)는 “이번에 개발한 100% 자기강화복합재료 엔지니어링 공정은 산업계에 즉시 적용될 수 있다"며 "산업계와 지속적으로 협력해 자기강화복합재료의 글로벌 경쟁력을 확보하겠다”고 말했다.
이번 연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘Chemical Engineering Journal’ (IF:16.744, JCR 분야 상위 2.448%) 최신호에 게재됐다.
김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr
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