저융점 나노섬유 계면층 적용해 인장강도 51% 향상…국제학술지 게재
1000℃ 열분해 손상 극복… 나노섬유 그물망 구조로 균열 억제 성공
국립금오공과대학교는 은종현 화학소재공학부 소재디자인공학전공 교수 연구팀이 재활용 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 기계적 물성을 회복시키는 계면공학 기술을 개발해 복합재료 분야 국제 학술지 '폴리머 복합재'(Polymer Composites)에 논문을 게재했다고 28일 밝혔다.
논문 제목은 '저융점 폴리아미드 전기방사 나노섬유 계면층을 통한 재활용 CFRP 성능 향상 전략'(A Sustainable Strategy for Enhancing Recycled CFRP via Electro-Spun Low-Melting Temperature Polyamide Nanofiber Interlayers)이다.
CFRP는 경량성과 고강도 특성으로 항공, 자동차, 풍력발전 등에 광범위하게 쓰이지만, 사용 후 열분해 등으로 탄소섬유를 회수하는 과정에서 섬유 길이 단축 및 계면 손상이 발생해 기계적 물성이 크게 저하되는 한계가 있었다.
연구팀은 재활용 탄소섬유층 사이에 저융점(약 150℃) 폴리아미드(PA) 나노섬유를 전기방사 방식으로 제조해 계면층으로 삽입하는 방식을 적용했다. 이 계면층은 에폭시 경화 과정에서 탄소섬유 사이에 고르게 침투해 화학적 결합과 물리적 가교를 동시에 일으키는 '이중 보강 메커니즘'을 형성한다.
실험 결과 나노섬유 계면층을 적용한 재활용 복합재는 계면층이 없는 기존 재활용 복합재 대비 인장강도가 51%(약 70→106 MPa), 탄성계수가 50%(4.2→6.3 GPa) 향상됐다. 파단 변형률(연신율) 역시 약 1.4%에서 6.0%로 대폭 개선됐다. 이는 기존 재활용 CFRP 계면 개선 기술들의 통상적인 물성 회복 폭(5~33%)을 웃도는 수치다.
이번 성과는 학부 캡스톤디자인 수업에서 시작된 아이디어를 대학원 진학 후 심화 연구로 연결해 결실을 본 학·석사 연계 교육 프로그램(ABEEK)의 모범 사례로 평가받는다. 임희수 석사과정 학생이 제1저자, 이선빈 학생이 공동저자로 참여했으며, 은 교수가 교신저자를 맡았다.
