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  • 기사등록 2020-05-07 12:00:01
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[기계신문] 한국과학기술연구원(KIST) 구조용복합소재연구센터 이민욱 박사 연구팀이 탄소섬유강화복합재(이하 탄소복합재)의 높은 강도를 유지하면서도 ‘종이접기’처럼 형태를 자유자재로 변형할 수 있는 기술을 개발했다.


탄소복합재는 강철보다 4배, 알루미늄보다 3배 이상 가벼우면서도 더 높은 강도를 지니고 있어 자동차와 항공 업계를 비롯한 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 하지만 복잡한 형태로 제작하거나 한 번 제작이 완료된 복합재의 형태를 재성형하는 데에는 한계가 있다.


현재의 기술은 복잡한 형태의 구조물을 위해 크고 무거운 장비를 사용하거나, 접는 선에 고무와 같은 부드러운 재료를 이용하여 전체 강도가 크게 떨어지는 수준에 머물러 있다. 공정비용을 감소하여 탄소복합재의 경제성을 높이기 위해서는 보다 간단하고 효과적인 성형 기술 개발이 필요하다.



▲ 탄소복합재 종이접기를 위한 셋업 (좌) 시편 사진, (우) 가열중인 열적외선 사진



KIST 연구팀은 일상에서 흔하게 접할 수 있는 바느질과 종이접기에 주목했다. 탄소복합재를 금속실로 바느질한 후 전기를 흘려주면 발열을 하는데, 이때 주위의 수지가 녹아 부드러워지면서 바느질 선을 따라 접을 수 있게 되었다.


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


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



▲ 스스로 접히는 탄소복합재 사진



이민욱 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.


한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원 KIST 주요사업 및 산업통상자원부 산업소재핵심기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 ‘Composite Part B: Engineering’ 최신 호에 게재되었다.


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이은아 기자 lena@mtnews.net

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