항공우주 복합소재 국내에서 생산한다

국내 연구팀, 복합소재용 고내열 수지 제조 원천기술 개발

▲기능화 산화그래핀을 이용한 고내열 수지와 이를 이용한 항공우주용 초고강도 복합소재 모식도.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 많은 부분 수입에 의존하고 있는 항공우주 복합소재용 수지가 우리나라에서 생산될 날도 머지 않았다. 국내 연구팀이 항공우주 복합소재용 고내열 수지 제조 원천기술을 개발했다. 전 세계적으로 자동차, 우주항공 등에서 경량화를 통한 연비 향상과 이산화탄소 배출량을 감소시키기 위해 탄소복합소재의 활용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

국내 기업들은 탄소섬유의 저가화와 고강도화에 대한 투자와 생산을 늘리고 있는데 탄소복합소재의 다양한 응용범위에 맞는 에폭시 수지의 개발은 미진한 상황이었다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 고문주 박사팀은 산화 그래핀을 화학적 방법을 통해 기능화하고 저가의 범용에폭시와 혼합해 고내열 고강도 성능을 구현하는 원천 기술을 개발했다. 에폭시에 첨가물을 넣는 과정이 아주 어려운데 이번에 이 난제를 해결한 것이다.

탄소섬유와 고분자수지의 복합화로 얻어진 탄소복합소재는 비행기, 자동차, 자전거, 로켓 등의 경량화를 시킬 수 있어 연비향상뿐 아니라 지구온난화의 주요 원인인 이산화탄소 배출을 줄일 수 있을 것으로 기대 된다. 고분자 수지 중 에폭시 수지는 탄소복합소재의 구조를 안정시키는 역할을 담당하는 물질이다. 탄소복합소재의 응용분야를 확대하기 위해서는 다양한 종류의 에폭시 수지가 요구되고 있다.

지금까지 항공우주용 고내열 에폭시 수지의 경우는 전량 선진국에서 수입한 고가의 특수 에폭시를 사용해 왔다. 국내 연구팀이 저가의 범용에폭시 수지에 산화 그래핀 유도체를 첨가해 고내열 성능을 구현하면서 자체 생산할 수 있는 여건을 만들어냈다.

고문주 박사팀은 산화그래핀에 에폭시 수지와 가교결합을 형성 할 수 있는 아민 그룹(amine group)을 도입해 산화 그래핀 주위에 존재하는 다량의 아민 그룹이 에폭시 수지와 결합했다. 많은 가교결합을 통해 가교 밀도가 약 240% 향상되는 것을 밝혀냈다.

고 박사는 "이번 원천기술이 개발되면서 국내에서 제반 기술이 갖춰지면 수입에 의존하던 곳에서 자체 생산으로 갈 수 있을 것"이라며 "고성능의 에폭시 수지의 합성설계에 필요한 원천기술을 확보함으로써 국내의 탄소섬유와 에폭시 수지 분야 연구불균형 해소에 크게 기여할 것으로 보인다"고 말했다.

연구 결과는 영국왕립화학회에서 발간하는 고분자분야의 권위지인 Polymer Chemistry 표지논문으로 12월 16일자( (논문명: Enhancement of the crosslink density, glass transition temperature, and strength of epoxy resin by using functionalized graphene oxide co-curing agents)에 실렸다.