KIST, ‘탄소섬유’ 강도 50% 상향기술 개발

↑ KIST 이성호 책임연구원

국내 연구팀이 화학적 구조규명을 통한 고강도 탄소섬유 제조 원천기술을 개발했다.
탄소섬유는 가벼우면서도 기계적 강도가 높아 구조용 복합소재의 강화소재로 각광을 받고 있다. 고분자 섬유에 열처리를 하면 탄소함량이 90% 이상인 탄소섬유를 만들 수 있다. 탄소섬유의 기계적 물성은 물리적 결함에 의해 좌우된다는 이론을 바탕으로 연구개발이 이어져왔다.
고분자 섬유의 열처리를 통해 탄소섬유를 만들 때 화학반응에 의해 고분자 섬유 일부가 가스로 배출되면서 섬유가 축소되고 내부에 기공이 만들어진다. 추가적인 열처리를 해도 섬유에 존재하는 결함이 완전히 없어지지 않아 탄소섬유의 강도에 영향을 준다는 것이다. 탄소섬유의 결함을 마이크로미터 크기에서 나노미터 크기로 줄이거나 결함 자체의 함량을 줄이는 방법으로 탄소섬유의 강도를 높이는 연구가 계속됐다.
한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 복합소재기술연구소 탄소융합소재 연구센터 이성호 책임연구원 연구팀은 일본 신슈대학의 엔도 교수, 전북대학교 김환철 교수 연구팀과 공동으로 일반적으로 알려진 물리적 특성이 아닌 화학적 특성을 조절해 탄소섬유의 강도를 증가시키는 방법을 찾는 연구를 진행했다.
열처리 조건을 조절해 특정 결합을 갖는 질소원소의 함량 등을 증가시켜 탄소섬유에서 50% 이상의 기계적 물성 증가를 발견했다. 물리적 구조 조절만이 아니라 화학적 구조까지 함께 고려한다면 기존 탄소섬유의 물성을 뛰어넘는 초고강도 탄소섬유 연구가 가능할 것으로 기대된다. 이번 연구는 과학전문저널인 사이언티픽 리포츠에 지난 3월 23일자로 게재됐다.
이성호 책임연구원은 “기존의 물리적 구조제어 연구와 함께 탄소나노섬유의 화학적 구조를 조절해 기계적 강도를 극대화할 수 있을 것으로 보인다”며 “향후 다양한 산업분야로 확대가 가능할 것으로 예상한다”고 밝혔다.
[이영욱 기자]