불에 타지 않고 100% 재활용되는 CFRP 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 불에 잘 타지 않고 100% 재활용되며 화재시 독성물질도 발생하지 않는 탄소섬유 복합소재가 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 구조용복합소재연구센터 정용채 센터장 연구팀은 식물로부터 유래한 탄닌산을 이용해 난연성 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 개발하고, 이를 친환경적으로 재활용하는 방안도 제시했다.

KIST 연구진이 개발한 식물 유래 비할로겐 난연 탄소섬유강화플라스틱 [KIST]

탄소섬유강화플라스틱은 강철보다 4배 가볍고 10배나 강한 탄소섬유를 강화재로 하는 첨단 복합 재료다. 고강도ㆍ고탄성의 경량 구조재로 항공우주, 자동차, 선박, 스포츠용품 등 산업 전반에 걸쳐 다양하게 활용되고 있다.

콘크리트가 철근과 시멘트로 이루어진 것처럼 CFRP는 탄소섬유와 에폭시 수지로 이루어져 있는데, 뛰어난 기계적 강도에도 불구하고 유기 고분자를 함유하고 있기 때문에 불꽃 또는 열에 취약하다.

이를 보완하기 위해 기존에는 할로겐 난연제를 사용했으나 연소시 독성 물질이 발생하는 것이 문제였다. CFRP의 기계적 강도를 유지하면서 독성이 없고 불에 잘 타지 않는 에폭시 수지를 개발하는 것이 과제다.

KIST 연구진은 식물에서 얻을 수 있는 친환경 물질인 탄닌산을 이용해 기계적 강도와 난연성을 높였다. 탄닌산은 탄소섬유와 강하게 접착되는 성질이 있으며, 불에 탈 때 숯으로 변해 외부의 산소를 차단하는 기능을 한다. 연구진은 탄닌산으로 에폭시 수지를 제작하고 탄소섬유와 복합해 튼튼하고 불에 타지않는 CFRP를 개발할 수 있었다. 탄닌산으로 제작한 에폭시 수지는 난연성 확보를 위한 별도의 첨가제가 필요하지 않아 재활용을 위한 소각시 독성물질이 발생하지 않게 됐다.

연구진은 또한 새로운 친환경적 CFRP 재활용 방법도 개발했다. 기존의 고온 소각법은 에폭시 수지를 태워버리고, 남은 탄소섬유도 성능이 저하돼 완전한 재활용이 힘들었으나 이번에는 초임계 상태(임계점 이상의 온도와 압력에 놓인 상태, 기체와 액체 상태를 동시에 가진다)의 유체에 CFRP를 녹이는 방법으로 탄소섬유와 에폭시 수지를 성능 저하 없이 회수할 수 있었다.