탄소나노튜브 최대 13% 포함한 탄소섬유 프리프레그 개발
재료연 변준형 박사팀, 기존 기술 대비 4배 많은 CNT 함유 기술 개발
뛰어난 구조 및 기능적 특성으로 전자, 풍력산업 등 적용 기대


재료연구소(소장 조경목)는 국내 최초로 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nanotube)가 최대 13% 대량 포함된 탄소섬유 프리프레그를 제조할 수 있는 기술을 개발했다.

재료연구소 융합공정연구본부 복합재료연구그룹 변준형 박사팀은 교육과학기술부 글로벌연구실 사업을 지원받아 3년 동안의 연구 끝에 탄소나노튜브가 보강된 다기능 고강도 탄소섬유를 프리프레그(복합재료 제조 시 가장 흔히 사용되는 중간재료) 형태로 개발하는데 성공했다.
탄소섬유 프리프레그의 국내 시장규모는 연간 1000억원에 달하고 있으나 전량 수입에 의존하고 있어 이번 기술 개발로 관련 시장 경쟁력 강화에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

탄소나노튜브가 포함된 탄소섬유 프리프레그는 그렇지 않은 복합재료에 비해 평면방향 전기전도도 15배, 두께방향 전기전도도는 120배 증가하는 등 우수한 전기전도 특성을 보이며 열팽창계수가 낮다는 장점이 있어 복합재료의 기능적 특성을 배가하는 데 효과적이다.
탄소섬유의 경우 기계적 특성 등 구조재료로서 활용도가 높다.
변 박사팀은 이번 기술 개발을 통해 탄소섬유에 기존보다 많은 탄소나노튜브를 결합시킬 수 있게 됨으로써 구조 및 다기능성이 우수한 소재를 구현할 수 있게 됐다고 설명했다.

이번 기술 개발의 핵심은 강한 응집력을 갖고 있는 탄소나노튜브를 골고루 분산시키는 것이다.
기존에는 주로 탄소나노튜브를 수지에 섞어 혼합물을 만들어 사용했는데 소량을 사용하더라도 점도가 급격히 상승하여 성형에 어려움이 있어 탄소나노튜브 포함량이 무게 대비 최대 3% 정도에 국한됐다.
변 박사팀은 이러한 문제점을 해결하기 위해 탄소섬유 프리프레그를 제조할 때 탄소나노튜브/에폭시 수지 필름을 탄소섬유에 겹쳐서 수지만 탄소섬유 사이에 침투하도록 해 탄소나노튜브 함량을 무게 대비 최대 13%까지 포함시켰다.
이번에 개발된 기술은 기존 프리프레그를 만드는 다양한 공정을 그대로 적용할 수 있어 장비 설치 등의 부담을 줄일 수 있다.
또 일방향, 교차 등 다양한 형태로 생산할 수 있다는 점도 장점이다.

변 박사팀은 탄소나노튜브 보강 프리프레그 제조 기술을 특허 출원 중에 있으며 2011년 상반기 양산화를 목표로 하고 있다. 양산화가 진행되면 연 100억원의 매출을 올릴 수 있을 것으로 예상된다.

탄소나노튜브가 포함된 탄소섬유 프리프레그는 정전기 감소/차폐용 소재나 전자파 흡수소재, LED 등 방열 부품의 열관리 소재로 활용 가능하다. 또 전기전도도가 높아 고성능 접착제로 사용 가능하다.
이와 함께 충격 흡수에 뛰어나고 탄소나노튜브 포함량이 늘어나면 탄소섬유보다 무게를 줄일 수 있어 자동차나 비행기 등 경량화에도 매우 유용하다.

변준형 박사는 “이번에 개발된 프리프레그 제조 기술이 상용화 되면 스포츠 용품, 자동차, 항공?우주?방위산업 등의 분야에 기존의 복합재료를 대체할 뿐만 아니라 전기?전자 부품이나 방탄소재, 풍력발전기 블레이드 산업 분야로 그 적용 범위가 크게 확대될 것”이라고 밝혔다.