KIST, 항공우주 복합소재용 고내열 수지 제조 원천기술 개발

기능화 산화그래핀을 이용한 고내열 수지와 이를 이용한 항공우주용 초고강도 복합소재의 모식도 [사진=KIST 제공]

아주경제 최서윤 기자 = 한국과학기술연구원(KIST)은 전북분원 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 고문주 박사팀이 항공우주 복합소재용 고내열(높은 열에 견디는 것) 수지 제조 원천기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 탄소섬유와 고분자수지의 복합화로 얻어진 탄소복합소재는 비행기, 자동차, 자전거, 로켓 등의 경량화를 시킬 수 있어 연비향상뿐만 아니라 지구온난화의 주요 원인인 이산화탄소 배출을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

전 세계적으로 자동차, 우주항공 등에서 경량화를 통해 연비를 향상하고 이산화탄소 배출량을 감소시키기 위해 탄소복합소재의 활용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. KIST에 따르면 국내 기업들은 탄소섬유의 저가화와 고강도화에 대한 투자와 생산을 늘리고 있으나 에폭시 수지의 개발은 미진한 상황이다. 

에폭시는 희랍어의 '넘어서' 또는 '사이에'라는 뜻과 영어 '산소'의 합성어로, 산소를 사이에 둔 화합물을 말한다. 고분자 수지 중 에폭시 수지는 탄소복합소재의 구조를 안정시키는 역할을 담당하는 물질이다. 탄소복합소재의 응용분야를 확대하기 위해 다양한 종류의 에폭시 수지가 필요하다.

지금까지 항공우주용 고내열 에폭시 수지의 경우는 전량 선진국에서 수입한 고가의 특수 에폭시를 사용해 왔다. 이런 가운데 국내 연구진이 저가의 범용 에폭시 수지에 산화 그래핀 유도체를 첨가해 고내열 성능을 구현하는 데 성공한 것이다.

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고 박사팀은 에폭시 수지의 경화에 사용되는 분자를 화학적으로 도입한 기능화 산화 그래핀이 저가의 범용 에폭시 수지와 혼합 사용해요 고내열 성능과 고강도 특성을 얻을 수 있음을 밝혀냈다.

고 박사팀은 산화그래핀에 에폭시 수지와 가교 결합을 형성할 수 있는 아민 그룹(amine group)을 도입했다. 이어 산화 그래핀 주위에 존재하는 다량의 아민 그룹이 에폭시 수지와 결합해 많은 가교결합을 통해 가교 밀도가 약 240% 향상되는 것을 밝혀냈다.

연구팀은 "에폭시 수지와 가교결합을 하고 있는 산화 그래핀은 에폭시 수지의 강도와 열적 성질을 크게 향상시켰다"고 말했다.
 

고문주 KIST 전북분원 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 연구원 [사진=KIST 제공]

이번 연구결과는 고성능의 에폭시 수지의 합성설계에 필요한 원천기술을 확보해 국내의 탄소섬유와 에폭시 수지 분야 연구불균형 해소에 크게 기여할 것으로 보인다고 KIST는 설명했다. 

연구 결과는 영국왕립화학회에서 발간하는 고분자분야의 권위지인 '고분자화학(Polymer Chemistry)' 표지논문으로 지난달 16일자에 실렸다.