재활용 쉬운 난연 복합소재…전기차·UAM 활용 기대

한국화학연구원

한국화학연구원이 자기강화 복합소재(오른쪽)가 기계적인 물성 저하 없이 최고 난연 등급인 'V-0 등급'을 확보했다. 화학연 제공

국내 연구팀이 재활용 가능한 난연 복합소재를 개발했다. 물성을 유지한 채 최고 난연 등급인 'V-0 등급'을 확보해 향후 전기차와 도심항공모빌리티(UAM) 등에 활용될 것으로 기대된다.

한국화학연구원은 정밀화학연구센터 연구팀이 저렴한 첨가제를 추가해 복합소재의 가공성과 난연성, 재활용성을 동시에 확보하는 데 성공했다고 18일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '컴포지트 파트 B: 엔지니어링' 3월 호에 게재됐다.

자동차 부품이나 회로기판, 콘센트 등에는 열경화성 섬유강화 복합소재가 주로 사용된다. 화재 등 고온 환경에서도 형태가 유지돼 안전하지만 재성형이 어려워 재활용이 불가능한 소재다.

연구팀은 불에 잘 타지 않으면서도 재활용 가능한 자기강화 복합소재를 개발했다. 열을 가해 재가공할 수 있는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 재질 섬유와 필름을 겹겹이 쌓아 만들었다. 저가의 저분자량 폴리올레핀 첨가제를 중간 필름에 소량 첨가한 것이 핵심이다.

열가소성 소재인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 재질의 섬유와 필름을 겹겹이 쌓아 만든 자기강화 복합소재를 만드는 과정. 화학연 제공

첨가제는 소재를 부드럽게 만들어 필름과 섬유가 빈틈없이 잘 접착되고 난연제 입자가 고르게 퍼지도록 한다. 층 사이의 접착력은 부품의 내구성과 안전성의 핵심 요소다. 첨가제를 넣으면 필름과 섬유 사이의 접착력이 기존 소재 대비 약 40% 향상됐다.

난연제 비중이 크면 강도·유연성이 크게 떨어지는 것이 일반적이지만 연구팀이 개발한 소재는 기계적 물성 저하 없이 최고 난연 등급인 V-0 등급을 확보했다. 불이 붙어도 스스로 빠르게 꺼지고 녹아 떨어지는 액적이 주변 가연물에 옮겨붙지 않는 수준의 등급이다. 

다기능성 단일 소재 복합소재 제작 방법. 화학연 제공

다기능성 단일 소재 첨가제를 이용한 복합소재 재활용 모식도. 화학연 제공

상용 소재는 재활용 공정에서 첨가제가 40% 이상 남아 있어 물성이 떨어지지만 새로운 소재는 세척으로 90% 이상 제거돼 고순도 플라스틱 재생 원료를 확보할 수 있다.

연구팀은 향후 추가 난연 테스트와 반복 재활용 연구를 수행하며 수요기업과 물성 평가 및 실증 연구 협력을 추진할 계획이다.

김 책임연구원은 "저렴한 첨가제 하나로 난연 복합소재의 고질적 난제였던 가공성과 재활용성을 동시에 풀어낸 결과"라며 "전기차와 도심항공모빌리티 등 차세대 모빌리티 부품 경량화와 자원순환에 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.113323

한국화학연구원 정밀화학연구센터 연구팀. 왼쪽부터 배형은 선임연구원, 정해민 선임연구원, 진영재 선임연구원, 연구책임자 김진철 책임연구원, 정효철 책임연구원, 정지은 선임연구원, 박영일 책임연구원. 화학연 제공

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]