소재강국 실현을 위한 FRONTIER. 재료 전문 종합연구기관.

복합재료연구본부

복합재료연구본부

실장 이진우

연구실 소개

탄소복합재료연구실은 CNT/그래핀 등의 탄소나소소재 및 마이크로 탄소섬유를 기반으로 첨단복합재용 원천소재 및 혁신공정기술 개발, 스마트화를 통한 주력산업의 고도화 및 미래선도산업 핵심소재 및 응용 기술 개발을 목표로, 현재 차세대 수송기기용 고성능 탄소 복합재 제조를 위한 열가소성/열경화성 고분자 수지 설계 및 이에 기반한 신개념 성형 기술, 미래형 웨어러블 일렉트로닉스용 모노필라멘트/텍스타일 기반 에너지 재료 및 스마트 센서 기술, 멀티스케일 마이크로/나노 복합재료 기술 개발 연구를 진행하고 있다.

055-280-3313

주요 실적

SCI/SCIE 논문 6건, 비SCI 1건 게제, 국내특허 출원/등록 각각 7/1건 및 국제특허 출원/등록 2/1건
‘Hybrid Wet Compression Molding 기반 Trunk Lid 양산화 기술개발’ 등 신규과제 4건 수주
기업기술 지도 및 기술인력 양성을 위한 기술지원 31건
2017년 JEC Asia 국제 복합재료 전시회 기술 전시 및 시제 출품

주요 연구분야

고성능 탄소섬유 복합재료 소재 기술
탄소섬유 복합재료 성형 및 응용 기술
탄소나노튜브/그래핀 복합소재 및 3차원 탄소나노구조체 기술
탄소나노기반 에너지 발전/저장 복합재료 기술
섬유/텍스타일 기반 스마트 재료 및 멀티센서/소자 기술
친환경 및 극한환경(내열/우주/심해환경) 복합재료 기술

향후 연구계획

  • 미래형 수송기기용 초고속/반응일체형 신개념 복합재 액상 성형 기술 개발
  • 리싸이클 가능한 자동차용 고내열/난연성 고분자 수지 개발
  • 웨어러블 일렉트로닉스용 탄소나노기반 에너지 발전 및 저장 일체형 소재 기술 개발
  • 실시간 대기환경 모니터링용 복합감지 센싱 소재 및 유연 유기 소자 기술 개발

연구개발 추진실적

열가소성 수지 기반 반응성 고속성형기술 및 부품제조 기술 개발

[과제 소개]

  • 경량화 소재로 각광받는 탄소복합재의 고속성형공정을 위한 반응중합용 열가소성 수지 기술, 성형 공정 시스템 개발 및 이를 적용하여 자동차용 탄소복합재 부품 (Roof Cross Member) 시제 제조

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 열가소성 수지 포물레이션 기술 및 반응중합에 적합한 최적 고분자 폼 선정 연구
  • 열가소성 복합재용 신규 섬유코팅제 개발 (세계최고 수준 전단강도 73.7 MPa 달성)
  • 열가소성 수지 반응중합 거동 예측 가능한 유동해석 기술 개발
  • 국내 최초 자동차용 열가소성 탄소복합재 부품 (Roof Cross Member) 제조
세계최고 수준 열가소성 복합재 전단강도 73.7 MPa 달성
국내 최초 자동차용열가소성 탄소복합재 부품 제조

항공용 샌드위치 복합재 제작을 위한 RI (Resin infusion) & RFI (Resin film infusion) 하이브리드 공정 개발

[과제 소개]

  • 한국형 차세대 전투기(KF-X)의 도어(Door) 제작을 위하여 높은 성형 안전성을 갖는 샌드위치 복합재용 액상성형 기술 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 항공용 액상 수지를 이용한 수지 필름 제조 기술 개발
  • 샌드위치 복합재 제작을 위해 RI & RFI 하이브리드 공정 개발
  • 하이브리드 공정은 수지 함침 중 공기 트랩(Trap)이 발생하지 않아 기존의 RI 공정만을 사용하는 샌드위치 성형법보다 높은 성형 안전성을 가짐
  • 제작된 시제품의 비파괴 검사 및 파괴 검사를 통하여 하이브리드 공정의 성형 건전성을 확인
RI & RFI 하이브리드 공정 기술 개략도
RI & RFI 하이브리드 공정을 적용한
시제품 제작 및 비파괴 검사를 통한 건전성 확인

스케일러블 하이드로젤 및 에어로젤 타입의 3차원 탄소나노구조체 제조 공정 개발

[과제 소개]

  • 물리적인 특성이 뛰어난 나노탄소 소재를 이용하여 형상 및 물리적 특성 조절이 용이하고 초경량, 높은 비표면적 특성을 갖는 다공체 제조 기술을 확보함으로써 4차 산업혁명 및 환경 분야에 필요한 핵심 소재를 개발하고자 함.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 온도에 따라 액체-젤 간 변형이 가능한 다공성 탄소구조체 하이드로젤 전구체 개발
  • 고비표면적, 초경량 다공성 탄소나노구조체 생산 기술 개발 (SSA: 2300 m2/g @ 5mg/mL, )
  • Secondary graphitic layer 도입을 통한 다공성 탄소나노구조체 기계적 특성 조절
  • 2017년 국내 특허 4건 출원 및 PCT 1건 출원
스케일러블 3차원 탄소나노구조체
Secondary Graphitic layer를 통한 탄소나노구조체 기계적 특성 향상

연구개발 성공사례

경량화용 다공성 중공 탄소섬유 개발

[과제 정보]

  • 연구책임자 : 오영석 박사
  • 전화 : 055)280-3267
  • E-mail : 이메일 확인
  • 연구기간/비용 : 17.01.01~17.12.31 / 60,000 천원
  • 참여기관 : 재료연구소, LG전자

[기술의 핵심]

  • 섬유의 내∙외부 지름 및 밀도를 조절하여 비표면적 및 기공율 조절이 가능한 마이크로 스케일의 중공형 다공성 탄소섬유 제조 기술을 확보하여 이를 기존 Glass bubble을 대체하여 복합재 경량화 효율을 높이고자 함.

[기술 개발 내용 및 특징]

  • 중공형 다공성 탄소섬유의 대량 제조기술 개발
    • - 경량화 소재로 유리한 중공형의 탄소섬유 개발.
    • - 상업적으로 이용 가능한 극세사, Stöber process 방법 및 고탄화율 페놀계 수지 적용을 통해 중공형 다공성 탄소섬유의 대량생산을 가능케 함.
    • - 탄화된 페놀수지의 낮은 밀도와 속이 빈 중공형 섬유 형태를 가짐으로써 0.2 g/mL 이하의 밀도를 가지는 섬유 개발.
  • 중공형 다공성 탄소섬유의 특성 조절
    • - 반응 조건을 조절함으로써 중공형 탄소섬유의 두께, 비표면적, 기공율 조절.
    • - 140 nm부터 550 nm까지 자유로운 두께 조절이 가능.
    • - 페놀계 수지 자체의 다공성을 고려하지 않고도 0.4~1.15 g/ml의 낮은 밀도를 갖는 경량화 필러 개발.
중공형 다공성 탄소섬유의 다양한 두께조절]

[상용화 실적 및 산재권/논문실적]

  • 기술이전: 1건 (기술료 계약 60,000,000원)

[기술효과 및 활용분야]

  • 대량생산이 가능한 제조공정과 손쉬운 형태 조절로 다양한 복합재에 경량화 소재로 활용
  • 우수한 기계적 강도로 열가소성 수지의 고압 사출에도 적용 가능
  • 전기화학 또는 에너지 저장 분야에 필요한 전극으로도 활용 가능