도심항공모빌리티(UAM) 등 항공우주 기기에 활용되는 첨단 소재의 강도를 높일 방법이 나왔다. 게티이미지뱅크 제공 국내 연구팀이 가볍고 강해 자동차와 항공기 등에 쓰이는 '열가소성 탄소섬유복합재'의 접합 강도를 30.8% 향상시키는 데 성공했다. 한국재료연구원(재료연)은 오영석 융·복합재료연구본부 책임연구원과 김진수 선임연구원이 이끈 연구팀이 나노복합 에어로겔을 활용해 탄소섬유복합재를 빠르고 균일하게 가열하고 접합하는 유도접합 기술을 개발했다고 1일 밝혔다. 연구결과는 9월 2일 국제학술지 '어드밴스드 컴포지트 앤 하이브리드 머티리얼즈'에 게재됐다. 열가소성 탄소섬유복합재는 가볍고 강하면서도 열을 가하면 다시 부드러워지는 특성이 있어 자동차와 항공우주 분야의 차세대 경량 구조재로 주목받는다. 열가소성 탄소섬유복합재는 가볍고 강도가 높은 탄소섬유를 형태를 자유자재로 바꿀 수 있는 열가소성 고분자와 결합한 재료다. 주로 탄소섬유와 열가소성 고분자를 붙여 만든다. 소재 주변에 자기장을 형성해 탄소섬유 내부에 유도전류를 흘려 두 소재의 접합부만 빠르게 가열하는 '유도접합 방식'을 사용해 제작한다 릴신천지 . 문제는 기존 유도접합 방식은 탄소섬유 내부에 유도전류가 고르게 흐르기 어렵고 자기장 역시 위치에 따라 차이가 발생해 접합부 일부가 충분히 녹지 않거나 특정 부분만 과열된다는 .이다. 이는 접합 품질과 강도를 떨어뜨려 상용화의 걸림돌이 됐다. 연구팀은 탄소섬유복합재 사이에서 열을 빠르고 고르게 전달해 주는 새로운 접합소재를 개발했다. 탄소나노튜브와 자성 산화철(Fe3O4), 폴리아미드6(PA6)를 고르게 섞어 미세한 구멍이 많은 나노복합 에어로겔로 만들었다. 동결건조 공정을 이용해 상대적으로 무거운 Fe3O4 입자가 한쪽으로 가라앉지 않고 CNT 사이에 고르게 퍼지도록 하고 이를 분말 형태로 만들어 두 탄소복합재의 접합면 사이에 균일하게 배치했다. 그런 뒤  유도가열하면 CNT와 Fe3O4가 서로 다른 방식으로 열을 만들어 접합면을 빠르고 고르게 데운다. 신규릴게임 두 종류의 발열 소재를 함께 사용해 가열 속도를 높이면서도 특정 부분만 과열되는 현상을 줄여 접합면 전체를 고르게 붙일 수 있는 것이 핵심이다. 실험 결과, 개발 소재를 적용했을 때 기존 탄소섬유복합재만 사용한 경우보다 초기 가열 속도가 최대 94.6% 향상됐다. 접합에 필요한 목표 온도까지 도달하는 시간은 57% 단축됐다. 접합강도 역시 30.8% 향상됐다. 접합면이 고르게 가열되면서 녹은 수지가 복합재 사이에 충분히 퍼졌다. CNT는 접합 후에도 두 소재 사이에서 미세한 핀처럼 서로를 붙잡아 접합부를 더욱 튼튼하게 만드는 역할을 했다. 연구팀은 관련 기술의 특허를 출원했으며 향후 인공지능(AI)을 활용해 유도가열 과정의 온도 분포를 예측하고 최적의 공정 조건을 자동으로 찾아 제어하는 기술을 개발할 계획이다. 오영석 책임연구원은 “이번 연구는 전기적 발열과 자기적 발열을 하나의 나노복합소재에 결합해 탄소복합재의 가열속도와 온도균일성, 접합강도를 동시에 향상시킨 데 의미가 있다”며 “향후 관련 기술을 고도화해 자동차와 항공 분야의 복합재 조립공정에 적용할 수 있도록 발전시켜 나갈 계획”이라고 말했다. <참고자료> doi: 10.1007/s40-x 석 책임연구원은 “