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[IT뉴스]1000도 화염 견디는 플라스틱 복합재 탄생

온카뱅크관리자

2026-02-03 13:07:30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 재료연구원 오영석 연구팀, 나노케이지로 내열 한계 돌파 항공엔진·가스터빈 등 고온 구조 소재 시장 판도 변화 주목 
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 <img alt="오영석 박사 연구팀. [재료연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/03/dt/20260203125845439wfuw.png" data-org-width="640" dmcf-mid="HWmbODyOSk" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/03/dt/20260203125845439wfuw.png" width="658">
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 오영석 박사 연구팀. [재료연구원 제공]
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 1000도 수준의 화염에서도 구조적 안정성을 유지할 수 있는 플라스틱 복합재가 개발됐다. 이 기술은 고분자 사슬을 3차원 탄소나노튜브 구조에 가두는 방식을 적용했다. 항공엔진과 가스터빈·차세대 모빌리티 등 고온 구조 소재 시장의 판도를 바꿀 잠재력을 지닌다는 평가가 나온다.
 한국연구재단은 오영석 한국재료연구원 책임연구원 연구팀이 3차원 탄소나노튜브 기반 ‘나노 케이지’ 구조를 설계·제작하고 고분자 사슬의 열적 운동을 물리적으로 제어해 고분자 복합재의 내열 한계를 획기적으로 향상시키는 데 성공했다고 3일 밝혔다.
 고분자 복합재는 가볍고 가공성이 뛰어나 차세대 구조 소재로 주목받아왔다. 다만, 유리전이온도(Tg) 이상에서 분자 운동성이 급격히 증가해 고온에서 구조적 안정성을 유지하기 어렵다는 한계가 있었다. 이로 인해 극한 열이 가해지는 영역에서는 여전히 티타늄 합금 등 금속 소재가 주로 사용된다.
 연구팀은 문제의 원인이 유리전이온도 이상에서 발생하는 사슬의 자유로운 운동성에 있음을 주목했다. 이를 바탕으로 화학적 결합이 아닌 물리적 구속 구조 설계로 해결하고자 했다.
 3차원 탄소나노튜브(CNT)를 그물망 형태로 얽은 ‘나노케이지’ 구조 내부에 고분자 사슬을 침투시킨 결과, 나노케이지 기공이 사슬의 협동 재배열 영역보다 작을 경우 열적 운동이 극도로 억제됨을 실험적으로 규명했다.
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 <img alt="고분자 복합재의 열적 한계와 탄소나노튜브 나노케이지 기반 물리적 구속 개념. [재료연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/03/dt/20260203125846813wxcf.png" data-org-width="640" dmcf-mid="XR4C62J6hc" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/03/dt/20260203125846813wxcf.png" width="658">
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 고분자 복합재의 열적 한계와 탄소나노튜브 나노케이지 기반 물리적 구속 개념. [재료연구원 제공]
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 이를 통해 유리전이온도를 기존 대비 약 119% 향상된 350℃(고분자 자체의 열분해 온도)까지 끌어올렸다. 또 고온 탄성률 유지와 크리프 저항성, 우수한 내화·난연 성능을 동시에 확보했다.
 본 연구는 고분자 복합재의 사용 온도를 획기적으로 확장해 차세대 항공엔진과 가스터빈용 부품으로 활용하는 기술적 기반을 마련했다는 데 의미가 있다고 연구팀은 밝혔다. 특히 나노케이지 기반 복합재는 금속 대비 크게 가벼워 엔진 경량화가 가능, 연료 효율 및 성능 개선이 기대된다.
 또 수백 도 이상의 고온과 열충격에 노출되는 초음속 비행체 구조물은 물론 전기차 배터리팩 등 미래 모빌리티 분야에서 화재 확산을 지연시키는 안전 소재로도 활용 가능성이 높다.
 오영석 박사는 “폴리이미드 등 고내열 수지와 복합화해 유리전이온도를 500℃ 수준까지 높이고, 탄소섬유와 결합해 실제 부품 환경에서의 장기 신뢰성과 공정 안정성을 검증할 예정”이라며 “대형 부품 제조를 위한 공정 확장성과 경제성 확보로 실용화 단계를 밟을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노소재기술개발사업 등으로 수행됐다. 앞서 복합재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 컴포짓 앤드 하이브리드 머터리얼즈(Advanced Composites and Hybrid Materials)’에 1월 10일 온라인 게재됐다.
 송신용 기자 ssysong@dt.co.kr
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