▲ 열 차폐 역할을 하는 세라믹 판(TBC)(a)과 열 차폐층이 있는 탄소섬유강화플라스틱(TBC_CFRP) (b) 제조 방법

국내 연구진이 700℃를 견딜 수 있는 탄소섬유 복합재 코팅기술을 개발해 금속 대체 소재로 소방 드론 및 로봇에 활용될 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 구조용복합소재연구센터 이민욱 박사 연구팀이 열에 약한 탄소섬유 복합소재를 100~150℃ 온도에서 코팅하여 500℃가 넘는 고온에서 사용할 수 있도록 하는 열 차폐 코팅 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

최근 운송 기기 및 에너지 산업 등에서 연료 효율성을 높이기 위해 가벼우면서 강도가 높은 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)소재에 대한 관심이 높아지고 있다.

탄소섬유강화플라스틱을 구성하는 수지는 열에 약해 250℃ 이상의 고온에서 사용할 수 없어 열을 차단하는 코팅이 꼭 필요하다. 그러나 기존의 열 차폐 코팅은 500℃ 이상의 고온에서 이뤄져 탄소섬유강화플라스틱에 적용할 수 없었다.

연구진은 알루미나 입자와 본드를 이용해 스펀지처럼 구멍이 있는 세라믹 판을 만들고, 진공수지이송성형법(VARTM)으로 탄소섬유 복합소재를 제작했다. 세라믹 판은 탄소섬유강화플라스틱으로 전해지는 열을 막아주는 역할을 하는데, 특히 세라믹 판의 미세한 구멍에 액상 수지가 들어가면서 탄소섬유 복합소재와 물리적으로 연결돼 고온에서도 탄소섬유강화플라스틱과 높은 접착력을 가질 수 있었다.

이렇게 만들어진 샘플은 500~700℃의 화염으로 가열해도 실제 탄소섬유강화플라스틱의 온도는 약 200℃로 유지하며, 가열된 이후에도 원래 강도의 90%를 유지할 수 있었다.

이번 개발을 통해 화재 현장에서 사용되는 드론 및 로봇에 적용하거나, 고온의 엔진에 사용되는 무거운 금속 부품을 대체해 연료의 효율을 높이는 등 탄소섬유 복합소재의 활용분야를 넓힐 것으로 기대된다.

KIST 이민욱 박사는 “이번 연구를 통해 고온에서 탄소섬유 복합소재를 적용할 수 있는 경제적이면서도 효과적인 방법을 제시했다는 데 큰 의미가 있다. 앞으로는 열 차폐 능력을 더욱 향상시켜 응용 범위를 확대할 예정이다”라고 밝혔다.

한편, 본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 한국과학기술연구원 기관고유사업과 유타주립대의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 ‘Composite part B: Engineering’(IF: 9.078, JCR 분야 상위 0.56%, 재료과학 및 복합소재 분야 1위)에 온라인 게재됐다.