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“고강도 탄소복합재 종이처럼 접는다”

KIST, 바느질과 종이접기 아이디어 활용한 가공 신기술 개발

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TIN뉴스
기사입력 2020-05-11

 탄소복합재 종이접기를 위한 셋업 시편 모습(좌), 가열중인 열적외선 사진(우) © TIN뉴스

 

한국과학기술연구원(KIST)은 강도가 높은 탄소섬유강화복합재를 거대한 성형장비 없이 손쉽게 가공할 수 있는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

 

탄소섬유강화복합재(탄소복합재)는 플라스틱 사이에 강도가 매우 큰 탄소섬유를 넣은 복합소재로 무게는 강철보다 4배, 알루미늄보다 3배 이상 가볍지만 강도가 더 높아 자동차와 항공기 등을 제작하는 데 쓰인다.

 

반면 우수한 물리적 특성에도 불구하고 가공 공정상의 어려움으로 인해 경제성이 걸림돌로 지적돼 왔다. 특히 대형 구조물을 제작하려면 큰 성형장비와 금형이 필요해 가공에 많은 비용이 들기 때문에 탄소복합재를 저렴하게 제조하는 것은 거의 불가능하다고 여겨졌다.

 

KIST 전북분원 복합소재기술연구소 연구진은 경제성을 고려해 대형 성형장비 없이 쉽게 탄소복합재를 가공할 수 있는 기술로 바느질과 종이접기에서 아이디어를 얻었다.

 

 스스로 접히는 탄소복합재 사진 © TIN뉴스

 

두께 2~3㎜의 탄소복합재에 금속선으로 박음질을 한 뒤 금속선에 전류를 공급하면 발열을 하는데 이 때 탄소복합재의 플라스틱이 살짝 녹으면서 부드러워져 원하는 형태로 구부리거나 바느질 선을 따라 접을 수 있게 된다.

 

온도를 낮추면 다시 수지가 굳어서 본래의 상태로 돌아가기 때문에 단단한 탄소복합재를 마치 종이접기처럼 간단하게 접었다 펼 수 있었다.

 

연구진이 이 박음질 기술을 이용해 탄소복합재를 10번 이상 접었다 폈을 때도 알루미늄 보다 우수한 강도를 유지하는 것을 확인했다.

 

특히 보조배터리 수준인 15W(15V, 1A) 전력 정도로 약 1분 안에 170°C로 빠르게 가열되기 때문에 실제 현장에 적용하기 적합한 기술로 기대된다.

 

▲ 이민욱 선임연구원

이민욱 구조용복합소재연구센터 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 응용할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

 

이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 산업통상자원부(장관 성윤모) 산업소재핵심기술개발사업으로 수행됐으며 연구 결과는 ‘Composite Part B: Engineering(JCR분야 상위 2.00%)’ 최신호에 게재됐다.

 

김상현 기자 tinnews@tinnews.co.kr

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