전북대연구진, ‘에어택시’ 등장 앞당길 신소재 개발

왼쪽부터 김성륜 교수, 이혜성 박사과정.

도심형 항공 모빌리티(UAM)와 같은 미래 이동수단이 현실화되기 위해서는 연료 효율성은 높이면서 탄소 배출을 줄여야 하는데, 이를 위해서는 우수한 물성을 띠면서 재활용도 가능한 새로운 소재 개발이 반드시 필요하다. 자기강화복합재료(self-reinforced composite, SRC)는 가격이 저렴하고, 경량성이 뛰어날 뿐만 아니라 강화재와 기지재가 동일한 성분으로 구성돼 폐기 및 재활용 측면에서 이점이 있다. 이 때문에 항공기 등에 사용되는 탄소섬유강화복합재료(carbon fiber-reinforced composite)를 대체할 차세대 복합재료로 주목받고 있다.

전북대학교는 김성륜 교수가 한국과학기술연구원(KIST) 전자파솔루션융합연구단 김재우 박사, 한양대학교 김성훈 교수와 함께 폴리프로필렌(PP) 고분자 한 종류만을 사용한 100% 자기강화복합재료를 개발하는데 성공했다고 3일 밝혔다.

지금까지는 자기강화복합재료의 제조공정에서 유동성 및 함침성을 향상시키기 위해 강화재 혹은 기지재에 화학적으로 다른 성분을 혼합해왔기 때문에 물성과 재활용 가능성 모두 떨어지는 문제가 있었다. 공동연구팀은 4축 압출 공정을 통해 폴리프로필렌 매트릭스의 사슬 구조를 조절해 용융점, 유동성 및 함침성을 제어하는데 성공했다. 개발된 자기강화복합재료는 접착강도, 인장강도 및 충격 저항성이 기존 연구결과 대비 각각 333%, 228%, 2700% 향상된 최고 수준의 기계적 물성을 달성했다. 소형 드론의 프레임 소재로 해당 재료를 적용했을 때 기존 탄소섬유강화복합재료 대비 52% 가볍고, 비행시간은 27% 증가해 차세대 모빌리티 적용 가능성을 확인했다.

전북대 이혜성 박사과정(공동 제1저자)은 “박사과정으로서 자기강화복합재료 연구를 수행하면서 나온 결과가 좋은 논문으로 결실을 맺어 기쁘고, 이러한 연구들이 학술적 및 산업적으로 다양하게 적용되길 희망한다”고 전했다. 

김성륜 지도교수(공동 교신저자)는 “학술적으로는 한국과학기술연구원과 한양대와 인력의 실시간 교류가 가능한 새로운 학술연구 플랫폼에 기초해 세계적인 연구성과를 창출했다는 것과 산업적으로는 남전산업과 현대자동차와 함께 자기강화복합재료의 글로벌 리더쉽을 확보했다는 것이 대단히 고무적”이라고 말했다.

이번 연구결과는 화학공학 분야 세계적인 국제학술지 ‘Chemical Engineering Journal’ (IF:16.744, JCR 분야 상위 2.448%) 최신호에 게재됐다.