충격저항성 2700% 높인 드론 소재 나왔다

KIST·한양대·전북대 공동
100% 자기강화 복합재료
가볍고 저렴…대체재 주목

100% 자기강화 복합재료 제조공정 및 적용 모식도. 사진=KIST

한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 전자파솔루션융합연구단 김재우 박사가 한양대 김성훈 교수, 전북대 김성륜 교수와 폴리프로필렌 고분자 한 종류만을 사용한 100% 자기강화 복합재료를 개발했다고 2일 밝혔다.

자기강화 복합재료는 가격이 저렴하고 경량성이 뛰어나 항공기 등에 사용되는 탄소섬유 강화복합재료를 대체할 차세대 복합재료로 주목받고 있다.

다만 지금까지 자기강화 복합재료 제조공정은 유동성 및 함침성을 향상하기 위해 강화재 혹은 기지재에 화학적으로 다른 성분을 혼합해 물성과 재활용 가능성 모두 떨어지는 문제가 있었다.

연구팀은 4축 압출공정(금속, 플라스틱, 나일론 등 원료를 사용해 3차원 형상의 복잡한 구조물을 만드는 제조공정)을 통해 폴리프로필렌 매트릭스 사슬구조를 조절함으로써 용융점, 유동성 및 함침성 제어에 성공했다.

개발된 자기강화 복합재료는 접착강도, 인장 강도 및 충격 저항성이 기존 연구결과 대비 각각 333%, 228%, 2700% 향상된 최고 수준 기계적 물성을 달성했다.

이를 소형 드론 프레임 소재로 해당 재료를 적용했을 때 기존 탄소섬유 강화복합재료 대비 52% 가볍고 비행시간은 27% 증가해 차세대 모빌리티 적용 가능성을 확인했다.

김재우 박사는 “이번에 개발한 100% 자기강화 복합재료 엔지니어링 공정은 산업계에 즉시 적용될 수 있는 것”이라며 “공동연구팀과 남전산업 및 현대자동차 등과 지속 협력해 자기강화 복합재료 글로벌 경쟁력을 확보하겠다”고 말했다.

한편 이번 연구결과는 화학공학 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널' 최신호에 게재됐다.

이인희기자 leeih@etnews.com