경북대, 액상 성형 가능한 초내열 수지 개발

남기호 교수팀 국제학술지 게재
우주항공·자동차 활용 기대감

경북대 섬유시스템공학과 남기호＜사진＞ 교수팀이 600℃급 내열성을 발휘하면서 액상 성형이 가능한 초내열 수지를 개발했다.

개발한 초내열 수지는 우주항공, 미래 모빌리티 등 고온 환경에서 작동하는 부품의 경량화와 안전성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대한다.

연구 결과는 미국화학회(American Chemical Society)에서 출간하는 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 폴리머 머티리얼스(ACS Applied Polymer Materials)’ 11월호에 게재됐다. 또 연구의 중요성을 인정받아 표지 논문(Supplementary Cover)으로 선정됐다.

20일 남 교수팀에 따르면 탄소중립 등의 정책으로 우주항공 및 미래 모빌리티 산업 분야에서 경량화를 통한 연비 향상과 탄소 배출 저감을 위해 초고온용 섬유강화 복합재료의 활용에 관한 연구가 활발하다.

하지만 복합재료의 기지재로 사용되는 고분자는 화학구조적으로 탄소, 수소 및 기타 비금속 원소를 기본으로 하는 유기화합물이기 때문에 내열성의 한계를 보인다.

대부분 고분자는 250℃에서 사용이 제한되며, 고내열성 고분자 역시 500℃ 이상의 온도에서는 사용할 수 없다.

남 교수팀은 열적 특성이 우수한 헤테로 방향족고리 구조를 가진 올리고머 전구체를 합성하고, 반응성 말단 캡핑제를 사용해 고온에서 경화되는 PETI(페닐에티닐 종결된 이미드) 수지를 개발했다. 이 수지는 초기 분해 온도가 최대 599.9℃에 달한다.

기존 상용 폴리이미드와 비교하면 비점(끓는점)이 낮은 용매에서 쉽게 용해되는 성질을 가짐과 동시에 용융 시 유동성이 높고 용융 열안정성이 우수해 액상 성형 적용이 가능하다.

또한 첨가 반응에서 휘발성 물질의 방출 없이 경화되어 공정 중 불필요한 공극 형성을 최소화할 수 있어 기계적 강도를 높일 수 있는 섬유강화 복합재료를 제조하는 데 유리하다.

남기호 교수는 “이번 연구는 유기물 기반 수지의 고온 안정성을 알루미늄의 용융 임계점 수준(600℃)까지 구현하고, 상반특성이 있는 내열성과 성형성이 양립 가능한 복합재료용 초내열 핵심 화학 수지를 개발했다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “우주항공, 자동차, 기반 시설의 복구, 해양, 군사 및 스포츠용품, 기타 소비재 상품과 같은 다양한 구조성 및 비구조성 응용제품에 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. /심상선기자