[창원=뉴스핌] 남경문 기자 = 탄소복합재 접합면을 빠르고 고르게 가열하는 소재가 개발됐다. 자동차와 항공기 등에 쓰이는 탄소복합재 부품의 조립 공정 단축과 생산성 향상이 기대된다.

한국재료연구원(KIMS)은 융·복합재료연구본부 오영석·김진수 박사 연구팀이 탄소나노튜브(CNT), 자성 산화철(Fe₃O₄), 폴리아미드6(PA6)를 결합한 나노복합 에어로겔을 개발하고 이를 활용한 열가소성 탄소섬유복합재 유도접합 기술을 확보했다고 1일 밝혔다.

열가소성 탄소섬유복합재(CFRTP)는 가볍고 강한 데다 열을 가하면 다시 부드러워지는 특성이 있어 자동차와 항공·우주 분야의 경량 구조재로 활용되고 있다. 유도접합은 접합부만 비접촉 방식으로 가열해 두 복합재를 붙이는 공정이다.

그러나 기존 방식은 탄소섬유 내부에 유도전류가 고르게 흐르기 어렵고 자기장 분포도 일정하지 않았다. 이 때문에 접합면 일부가 충분히 녹지 않거나 특정 부위만 과열되는 문제가 발생했다.

연구팀은 CNT와 Fe₃O₄를 PA6와 균일하게 섞은 뒤 미세한 구멍이 많은 나노복합 에어로겔로 제조했다. 동결건조 공정을 적용해 상대적으로 무거운 Fe₃O₄ 입자가 가라앉지 않고 CNT 사이에 고르게 분산되도록 했다. 이후 소재를 분말 형태로 만들어 탄소복합재 접합면 사이에 배치했다.

유도가열 과정에서 CNT는 전류가 흐르며 열을 내고, Fe₃O₄는 교류 자기장에 반응해 열을 발생시킨다. 두 소재가 서로 다른 방식으로 발열하면서 접합면 전체를 빠르고 균일하게 가열하는 구조다. 발생한 열로 PA6가 녹으면 두 탄소복합재 사이로 퍼져 접합을 돕는다.

실험 결과 개발 소재를 적용한 경우 초기 가열속도는 기존 탄소복합재만 사용했을 때보다 최대 94.6% 빨라졌다. 접합에 필요한 목표 온도 도달 시간은 57% 줄었고 접합강도는 30.8% 향상됐다.

연구팀은 접합면이 고르게 가열되면서 녹은 수지가 복합재 사이에 충분히 퍼졌고 CNT가 접합부에서 미세한 핀처럼 작용해 접합강도를 높인 것으로 분석했다.

이번 기술은 자동차와 항공기, 도심항공교통(UAM)용 탄소복합재 부품 조립에 적용될 수 있다. 필요한 부위만 선택적으로 가열할 수 있어 대형 복합재 구조물의 부분 접합과 수리 공정에도 활용 가능하다.

연구팀은 관련 특허를 출원했으며, 앞으로 인공지능을 활용해 유도가열 과정의 온도 분포를 예측하고 공정 조건을 자동으로 제어하는 기술을 개발할 계획이다.

오영석 KIMS 책임연구원은 "전기적 발열과 자기적 발열을 하나의 나노복합소재에 결합해 가열속도와 온도 균일성, 접합강도를 함께 높인 데 의미가 있다"며 "자동차와 항공 분야의 고속·자동화 복합재 조립공정에 적용할 수 있도록 기술을 고도화하겠다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 한국연구재단 연구과제와 KIMS 기본사업으로 수행됐다. 미국 오크리지국립연구소 연구진도 공동으로 참여했다.

연구 결과는 국제 학술지 'Advanced Composites and Hybrid Materials'에 2026년 9월 2일 온라인 게재됐다. 해당 논문은 학술지 논문 목록에 'CFRTP에서 높은 접합강도를 갖는 균일·고속 유도용접을 가능하게 하는 CNT/Fe₃O₄ 나노복합 에어로겔의 상승적 가열 효과'라는 제목으로 공개됐다.

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