'에어택시' 같은 도심형 항공 모빌리티(UAM)의 상용화를 앞당길 수 있는 소재를 국내 연구진이 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 전자파솔루션융합연구단 김재우 책임연구원이 한양대 김성훈 교수, 전북대 김성륜 교수와 함께 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 고분자 한 종류만을 사용한 100% 자기강화복합재료를 개발하는 데 성공했다고 2일 밝혔다.
자기강화복합재료(self-reinforced composite, SRC)는 초경량 구조용 복합재료다. 기존에 항공기에 주로 쓰이던 탄소섬유강화복합재료(carbon fiber-reinforced composite)보다 밀도가 훨씬 가볍고 가격이 저렴해 차세대 소재로 꼽힌다. 또 SRC는 한 종류의 고분자만으로 이뤄졌기 때문에 처분이나 재활용이 쉽다는 장점도 있다.
문제는 SRC를 제조하는 공정에서 유동성이나 흡수율을 높이기 위해 강화재나 기지재에 다른 성분을 혼합할 수밖에 없다는 점이다. 이 때문에 물성이나 재활용 가능성이 순수한 SRC보다 떨어지는 문제가 있었다.
KIST 공동 연구팀은 금속, 플라스틱, 나일론 같은 원료를 사용해 3차원 형상의 복잡한 구조물을 만드는 '4축 압출 공정'을 통해 폴리프로필렌 매트릭스의 사슬 구조를 조절하는 데 성공했다. 이렇게 만들어진 SRC는 접착강도, 인장강도, 충격 저항성이 기존 연구결과 대비 각각 333%, 228%, 2700% 높은 것으로 나타났다.
소형 드론의 프레임 소재로 공동 연구팀이 만든 SRC를 사용하면 기존 탄소섬유강화복합재료보다 52% 가볍고, 비행시간은 27% 늘어났다.
김재우 책임연구원은 "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 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 'Chemical Engineering Journal' 최신호에 게재됐다.
참고자료
Chemical Engineering Journal, DOI : https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142996