우수한 물성을 띠면서 재활용도 가능한 신소재로 주목받고 있는 ‘자기강화복합재료(self-reinforced composite, SRC)’를 국내 연구진이 개발해 도심형 항공 모빌리티(UAM)와 같은 미래 이동수단의 현실화가 앞당겨 질 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 고분자 한 종류만을 사용한 100% 자기강화복합재료를 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

이번 연구는 KIST 전자파솔루션융합연구단 김재우 박사와 한양대학교(총장 이기정) 김성훈 교수, 전북대학교(총장 양오봉) 김성륜 교수가 함께 했다.

지금까지는 자기강화복합재료의 제조공정에서 유동성 및 함침성을 향상시키기 위해 강화재 혹은 기지재에 화학적으로 다른 성분을 혼합해왔기 때문에 물성과 재활용 가능성 모두 떨어지는 문제가 있었다.

공동연구팀은 4축 압출 공정을 통해 폴리프로필렌 매트릭스의 사슬 구조를 조절해 용융점, 유동성 및 함침성을 제어하는데 성공했다.

개발된 자기강화복합재료는 접착강도, 인장강도 및 충격 저항성이 기존 연구결과 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.

한양대학교 장지운 박사 후 과정 연구원(공동 제1저자)은 “앞으로도 대한민국의 차세대 모빌리티 전반에 기여할 수 있는 연구를 수행하길 희망한다”고 밝혔으며, 김성훈 지도교수(공동 교신저자)는 “자기강화복합재료는 탄소중립 주도권을 확보하면서 차기 미래 모빌리티 산업을 선도할 수 있는 소재로써 활용가능하다”고 밝혔다.

KIST 김재우 박사(공동 제1저자)는 “이번에 개발한 100% 자기강화복합재료 엔지니어링 공정은 산업계에 즉시 적용될 수 있는 것으로 공동연구팀과 남전산업 및 현대자동차 등 산업계와 지속적으로 협력해 자기강화복합재료의 글로벌 경쟁력을 확보하겠다”고 향후 계획을 밝혔다.

전북대학교 유기소재섬유공학과 이혜성 박사과정(공동 제1저자)은 “자기강화복합재료 연구들이 학술적 및 산업적으로 다양하게 적용되길 희망한다”고 밝혔다. 김성륜 지도교수(공동 교신저자)는 “인력 교류가 가능한 학술연구 플랫폼에 기초해 세계적인 연구성과를 창출했다는 것과 산업적으로는 남전산업과 현대자동차와 함께 자기강화복합재료의 글로벌 리더쉽을 확보했다는 것이 대단히 고무적이다”고 말했다.

한편, 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 국가과학기술연구회(NST)의 ‘미래 모빌리티 동작 신뢰성 확보를 위한 고주파·고출력 전자파 솔루션 소재·부품 기술 개발’ 융합연구단 사업, 한국연구재단 기초연구사업, 중견연구자지원사업, 교육부(장관 이주호)의 3단계 산학연협력 선도대학 육성사업으로 수행됐다.

연구결과는 화학공학 분야 세계적인 국제학술지 ‘Chemical Engineering Journal’ (IF:16.744, JCR 분야 상위 2.448%) 최신호에 게재됐다.

▲ 100% 자기강화복합재료 제조공정 및 적용 모식도