Update2025.05.18 (일)
MIT 항공우주 엔지니어들이 발명한 탄소나노튜브 필름이 항공기 동체등 복합재료 제작에 필요한 대면적 사이즈 오븐을 대체할 것으로 보이면서 소규모 복합재료 회사들에게 새로운 길을 열 것으로 보인다.
MIT연구팀은 작은 튜브형태의 결정성 탄소로 구성된 탄소나노튜브로 만든 필름 제조에 성공했다고 지난17일 Reinforced Plastics 온라인지를 통해 공개했다.
항공기 날개와 동체에 사용되는 복합재료들은 대형의 산업용 오븐에서 화씨750도(섭씨 약 400도)까지 가열돼 경화된다. 그러나 이 방법은 최종적으로 복합재료가 만들어지기까지 오븐을 처음 가열시킬 때 상당한 에너지가 필요하다.
이를 대체하기 위해 연구팀은 초기 실험에서 기존의 오븐에 기반 한 경화방법을 통해 필름을 항공기 날개에 붙여 전압을 가할 때, 필름에서 열이 발생하는 것을 보았다.
그 다음 연구팀은 개발된 필름이 항공기 날개와 동체에 사용되는, 두 종류의 항공우주 급 복합재료를 녹일 수 있는지에 대한 연구를 했다. 그 결과 약 16개의 층으로 된 재료는 고온의 산업용 오븐 내에서 고화되거나 가교화되었다.
연구원들은 탄소 나노튜브 필름을 제조하고 이 필름을 복합재료 위에 놓고 필름에 전극들을 연결한 후에 필름과 복합재료 층 내의 아래쪽에 있는 고분자 양쪽에 열을 가하기 위해 전류를 걸었다.
MIT 연구원들은 고분자와 탄소 섬유 층들을 고화하거나 가교화시키기 위해 필요한 에너지를 측정했더니 기존에 오븐을 사용하는 방법에 비해 100분의 1 정도의 전기가 필요하다는 것을 발견하였다.
오븐과 전류를 거는 두 개의 방법에 의해 만들어진 복합재료는 가교화 밀도와 같은 특성들 모두 동일하였다.
전압을 연결하면 필름에 열을 발생해 큰 상업용 오븐 없이도 복합재료를 경화시킬 수 있다.
Brian L. Wardle MIT의 항공학과 조교수는 “일반적으로 만약 여러분들이 에어버스 A350 혹은 보잉 787의 동체를 만들려고 한다면 약 4층의 오븐과 1,000만달러의 인프라 구조가 필요하지만 이 기술은 필요한 곳에 열을 가할 수 있고 조립되는 부분에 직접 접촉시킬 수 있다”고 전했다.
연구그룹은 또한 필름으로 화씨1000도(섭씨 537도)까지 올릴수 있다는 것을 발견했는데 이는 가장 높은 기존에 가장 고강도의 항공우주용도의 고분자 일부가 고착화되기 위해 필요한 화씨
750도(섭씨 399도)보다 높은 것이다.
현재 연구팀은 이 기술로 항공기 동체 및 날개와 같이 큰 복합재료를 제조하기 위해 보다 큰 규모로 확대할 수 있는 방법을 찾기 위해서 산업체 파트너들과 작업하고 있다.
“중소형 기업들은 큰 오븐 혹은 아웃 소싱에 대한 투자 없이 복합재료 부품들을 제조할 수 있다. 이는 복합재료 부분에서 보다 혁신을 가져올 것이며 복합재료의 성능과 사용에서 아마도 큰 향상을 가져올 것“이라고 연구진은 전했다
한편,이 연구는 에어버스, 보잉, Embraer, 록히드 마틴, Saab AB, TohoTenax, ANSYS Inc., Wright-Patterson 공군기지의 공군 연구실. 미국 국방연구소로부터 지원을 받아 수행되었다.
