전기차 및 도심항공교통 (UAM) 등의 미래모빌리티는 내연기관 대비 부족한 동력과 배터리 무게로 인해 경량화가 요구되고 있으며, 이러한 트렌드에 따라 경량구조복합재료의 적용이 확대되고 있다. 금속을 대체할 수 있을 정도의 준수한 기계적 특성과 경량성을 겸비하여 항공기에 많이 쓰이고 있는 탄소섬유강화복합재료 (CFRP)는 미래모빌리티를 위한 가장 유력한 경량구조복합재료로 고려되고 있다. 그러나, 열경화성 수지인 에폭시의 사용으로 인한 부품 재생 및 재활용과 폐기의 문제로 인해 양산형 미래모빌리티에 적용 여부가 불투명하다. 이러한 재생 및 재활용과 폐기 문제를 해결하기 위해 열가소성 수지기반 CFRP의 적용이 고려되고 있으나, 열가소성 수지의 높은 용융점도로 인한 탄소섬유 미함침 혹은 불균일함침 문제가 제기되고 있다. 한편, CFRP를 경량화할 수 있는 차세대 경량구조복합재료에 대한 관심 또한 고조되고 있다. 자기강화복합재료는 열가소성 수지를 고연신한 고연신사를 강화재로 동종의 고분자를 기지재로 함침시켜 제조하는 초경량구조복합재료이다. 자기강화복합재료는 금속 대비 30-50% 경량인 CFRP를 다시 30-50% 경량화 시킬 수 있는 1 g/cm3 수준의 밀도를 나타내면서 동시에 저급 CFRP의 기계적 특성을 확보할 수 있어 미래모빌리티 부품 중 기계적 성능 요구치가 낮은 부품에 적용될 수 있다. 본 연구에서는 이러한 기술적 트렌드에 따라 미래모빌리티를 위한 열경화성 CFRP, 열가소성 CFRP 및 자기강화복합재료의 재료 및 공정 측면의 핵심 기술에 대해 보고한다.
감사의 글: 본 연구는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구입니다. (No. 2021R1A2C1093839)