항공·군사 소재 아라미드 나노섬유 대량생산 방법 개발

2019.03.12 14:55
이미지 확대하기아라미드 나노섬유 대량생산 기술을 개발한 박제영 선임연구원 연구팀이다. 왼쪽부터 박제영, 황성연, 오동연 박사이다. 한국화학연구원 제공
아라미드 나노섬유 대량생산 기술을 개발한 박제영 선임연구원 연구팀이다. 왼쪽부터 박제영, 황성연, 오동연 박사이다. 한국화학연구원 제공

방탄조끼나 방탄모 같은 군사 분야나 항공우주 분야의 보강재로 쓰이는 아라미드 나노섬유를 단시간에 대량생산하는 기술이 개발됐다.


박제영 한국화학연구원 선임연구원 연구팀은 아라미드 나노섬유를 기존대비 12배 빨리 생산하는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 


아라미드 섬유는 황산용액에서 액정방사한 고강력섬유인 케블라를 수산화칼륨이나 극성비양성자성 용매에 1주일 녹여 만든 방탄섬유이다. 강도, 탄성, 진동흡수력이 뛰어나 타이어, 방탄복, 진동흡수장치에 많이 쓰인다.  


보통 섬유의 지름이 작아지면 작아질수록 표면적이 넓어지면서 적은 양으로도 더 좋은 특성을 내게 된다.  이렇게 아라미드 섬유를 나노미터 수준으로 가늘게 만든 아라미드 나노 섬유는 탁월한 보강 성능을 가졌다. 아라미드 나노섬유를 만들려면 아라미드 방탄 섬유를 먼저 제조하고 나노화하는 두 단계를 거쳐야 한다. 그간 이런 방식으로 아라미드 나노섬유를 만드는데는 180시간이 넘게 걸렸다.


연구팀은 아라미드 분자 구조가 한 방향으로 정렬되어 있다는 점에 주목했다. 아라미드 물질로부터 아라미드 나노섬유를 바로 만들어 기존 두 단계 중 한 단계를 생략하고 보조 용매를 도입했다. 아라미드 단량체로부터 고분자를 대량 중합하고 별도 정제과정 없이 보조 용매와 염기 물질을 추가했다. 이런 방식으로 공정시간을 15시간으로 12분의 1로 단축했다.


연구팀은 개발한 나노섬유를 탄성이 있는 첨단소재 엘라스토머의 보강재로 적용했다. 미량 함량으로도 세계 최고 수준의 기계적 강도를 내는 것으로 나타났다. 열가소성을 가진 폴리우레탄 소재에 400ppm을 첨가할 경우 인장강도가 84메카파스칼(MPa)이었고 인장인성이 기존대비 1.5배 증가했다. 


박 연구원은 “그동안 구조 보강재로서의 가능성은 있었으나 단점으로 지적되었던 아라미드 나노섬유의 오랜 제조시간을 반나절로 획기적으로 단축하여 대량 생산 및 상업화의 교두보를 마련했다”며 “나노복합체로서 본 연구가 보여준 경이로운 보강 효과뿐 아니라 다양한 첨단 산업소재 분야로의 확장이 기대된다”고 말했다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘매크로몰레큘즈’ 1월 17일자에 발표됐다. 
 

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