[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 국내 연구진이 탄소복합재를 종이접기처럼 자유자재로 변형할 수 있는 기술을 개발했다. 이는 기존 금형을 이용한 방식에서 탈피한 것으로 제조 비용을 혁신적으로 낮출 수 있어, 향후 자동차·항공기 등에 널리 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST) 구조용복합소재연구센터 이민욱 박사팀은 탄소섬유강화복합재(탄소복합재)의 높은 강도를 유지하면서도, '종이접기'처럼 형태를 자유자재로 변형할 수 있는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

탄소복합재는 강철보다 4배, 알루미늄보다 3배 이상 가벼우면서도 더 높은 강도를 지니고 있어 자동차와 항공 업계를 비롯한 여러 분야에서 널리 사용되고 있다.

하지만 우수한 물리적 특성에도 불구하고 가공 공정상의 어려움으로 인해 경제성이 걸림돌로 지적돼 왔다. 특히 기존 기술로는 대형 구조물을 제작하려면 그보다 더 큰 성형 장비와 금형이 필요했기 때문에 탄소복합재를 저렴하게 제조하는 것은 거의 불가능하다고 여겨졌다.

[서울=뉴스핌] 구윤모 기자 = 현대자동차가 23일 출시한 8세대 쏘나타의 연식변경 모델 '2020 쏘나타' [사진=현대자동차] 2020.04.23 iamkym@newspim.com

KIST 연구진은 일상에서 흔하게 접할 수 있는 바느질과 종이접기에 주목했다.

탄소복합재를 금속실로 바느질한 후 전기를 흘려주면 발열을 하는데, 이 때 주위의 수지가 녹아 부드러워지면서 바느질 선을 따라 접을 수 있게 됐다. 온도를 낮추면 다시 수지가 굳어서 본래의 상태로 돌아가기 때문에 단단한 탄소복합재를 마치 종이접기처럼 간단하게 접었다 펼 수 있었다.

이민욱 KIST 박사팀은 반복 실험을 통해 10번 이상 접었다 폈을 때도 알루미늄 보다 우수한 강도를 유지하는 것을 확인했다. 특히 일반적으로 사용하는 보조배터리 수준인 15W (15V, 1A)의 전력을 사용했을 때 약 1분 안에 170°C로 빠르게 가열되기 때문에 실제 현장에 적용하기 적합한 기술로 기대된다.

이민욱 KIST 선임연구원은 "이번 연구는 간단한 바느질 기법을 통해 고강도의 탄소복합재를 원하는 형태로 성형할 수 있는 경제적인 방법을 제시했다는 데 의의가 있다"며 "특히 항공기나 자동차 등 복잡한 형태를 갖는 대형구조용 복합소재를 제작하는데 이번 연구를 응용 할 수 있을 것으로 기대한다"라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업 및 산업통상자원부 산업소재핵심기술개발사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 「Composite Part B: Engineering」 (JCR 분야 상위 2.00%) 최신호에 게재됐다.

논문명은 Origami-inspired Reforming Method for Carbon–Fiber-Reinforced Thermoplastics via Simple Thermal Stitching.

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