방사선으로 자동차 부품소재 강도 3배 늘렸다

원자력연-엠에스오텍 기술이전

한국원자력연구원의 전자선 경화 기술로 제작한 탄소섬유강화복합소재 자동차 부품. 원자력연 제공

국내 연구팀이 차세대 자동차 부품소재인 ‘탄소섬유강화복합소재’를 10분 만에 만드는 기술을 개발했다. 최소 3~4시간, 최대 3일이 걸리던 기존 생산 시간을 크게 줄이는 동시에 강도도 3배 늘리는 기술이다. 

한국원자력연구원은 이남호 첨단방사선연구소장 연구팀이 이 같은 기술을 개발해 자동차부품제조업체 ‘엠에스오토텍’에 기술실시 계약을 체결했다고 8일 밝혔다. 기술료 1억원을 받는 조건이다.

탄소섬유강화복합소재는 탄소섬유와 플라스틱으로 구성된 소재다. 가볍고 튼튼해 차세대 자동차 소재로 주목받고 있다. 소재 대량 생산을 위해 액체에서 고체로 바꾸는 경화 공정 시간을 줄이는 게 과제다. 경화공정에는 열 경화와 상온 경화 두 가지 방법이 있는데 열 경화에는 3~4시간, 상온경화에는 3일 정도 걸린다. 

연구팀은 경화에 연구원이 자체 보유한 10MeV(메가전자볼트)급 전자선가속기를 활용했다. 전자선은 파장이 짧고 에너지 효율이 높은 방사선이다. 물질에 쪼이면 빠르고 단단하게 분자 구조를 변화시킨다. 촉매나 경화제도 필요 없어 경화공정시간이 10분 이내로 줄어든다. 연구팀은 40 kGy(킬로그레이) 전자빔으로 3m 크기 대형 자동차 부품도 빠르게 경화시킬 수 있다고 설명했다. 

이렇게 경화시킨 소재는 시중 자동차 부품 소재와 비슷한 인장강도와 굴곡 강도를 보이는 것으로 나타났다. 인장강도는 잡아당기는 힘에 버티는 힘, 굴곡 강도는 꺾으려는 힘에 버티는 힘이다. 그간 전자선으로 소재를 경화하는 방식은 존재했으나 기계적 물성 강도를 높이는 것이 과제였다. 강도가 기존보다 약 3배 강화됐다. 무게 역시 기존 대비 89% 수준으로 가벼운 것으로 나타났다. 

이 소장은 “자동차 산업 외에도 항공이나 드론, 국방 등 여러 산업 분야에 적용 가능한 소재 기술”이라며 “국민 일상에 와 닿는 방사선 기술 개발에 최선을 다하겠다”고 밝혔다.
 

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]