“쇠처럼 단단하지만 무게는 가볍다”…원자력硏, 탄소섬유 강화복합소재 속성 기술 첫 개발

한국원자력연구원이 첫 개발한 탄소서유강화복합소재. 이 기술은 기존 공정시간이 3일 정도였던 것에 비해 10분이내로 줄인 것이 특징이다. 원자력연구원 제공

세계 자동차 시장에서 가볍고 튼튼한 소재를 개발하는 것은 숙제다. 기후위기속에 탄소배출량 감축과 탑승객의 안전 지키기 위함이다. 그 대체 소재로 탄소섬유와 플라스틱이 결합한‘탄소섬유강화복합소재(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)’가 주목받는다. 한국원자력연구원이 탄소섬유강화복합소재를 단시간에 만드는 기술을 국내 처음으로 개발했다.

전북 정읍에 소재한 한국원자력연구원 첨단방사선연구소 방사선연구부(책임연구원 김현빈)는 ‘전자선 경화 탄소섬유 강화복합소재를 이용한 자동차 부품소재 기술’을 첫 개발했다고 9일 밝혔다.

원자력연구원 연구팀이 개발한 기술은 CFRP 생산 과정에서 액체를 고체로 바꾸는‘경화’ 공정 시간을 크게 줄인 것이 특징이다. 종전 탄소섬유 강화복합소재를 액체에서 고체로 굳히는 방법은 열경화와 상온경화가 주로 이용됐다. 이들 두 방법은 소재를 굳히는 데 3~4시간에서 3일 정도의 시간이 소요됐다.

연구팀은 전자선 가속기를 활용해 이 시간을 10분 이내로 줄였다. 김현빈 책임연구원은 “전자선은 파장이 짧고 에너지 효율이 높은 방사선으로, 물질에 쪼이면 빠르고 단단하게 분자구조를 변화시킨다”며 “전자선 경화 시 촉매나 경화제도 필요 없고, 3m 크기 대형 자동차 부품도 한 번에 처리할 수 있다”고 설명했다.

전북 정읍에 소재한 한국원자력연구원 첨단방선연구소 연구실 장면. 원자력연구원 제공

연구팀이 전자선 경화 기술로 만든 CFRP는 잡아당기는 힘에 버티는 인장 강도와, 꺾으려는 힘에 버티는 굴곡 강도 모두 종전 방법을 이용해 생산한 소재와 유사한 수준이다. 소재의 견고함은 인정받은 반면 무게는 기존 대비 89% 수준으로 훨씬 가볍다.

원자력연구원은 이 기술을 ㈜엠에스오토텍에 이전하는 계약도 체결했다. 기술료 1억원을 받는 조건이다. 또 고등기술연구원(원장 김진균), 충남대학교(총장 이진숙)와 협력해 이 기술에 기반한 시제품 제작, 금속접합 실험, 신뢰도 평가 등을 마치는 등 상용화 과정을 진행 중이다.

이남호 한국원자력연구원 첨단방사선연구소장은 “자동차 산업 외에도 항공·드론, 국방, 해양·선박 등 여러 산업 분야에 적용 가능한 소재 기술”이라며 “앞으로도 국민 일상에 와 닿는 방사선 기술 개발에 최선을 다하겠다”고 밝혔다.

박용근 기자 yk21@kyunghyang.com