인천대 기계공학과 공동 연구진, 탄소섬유 제조공정 정량 평가 방법론 개발

KIST RAMP융합연구단 공동 연구
복합소재 이방적 계면 특성 규명

인천대 기계공학과 박형범교수 및 KIST RAMP융합연구단 이성호박사 공동 연구진(좌측부터) 인천대 기계공학과 박형범 교수, 인천대 기계공학과 석박통합과정 Hoang Quang Ninh, KIST RAMP융합연구단 이성호 박사, 이소라 박사 후 연구원

인천대학교 기계공학과 박형범 교수와 한국과학기술연구원(KIST) RAMP융합연구단 이성호 박사 연구진으로 구성된 공동 연구팀이 탄소섬유의 제조공정에 따른 이방적 계면 물성을 규명하고 전산 역학을 통해 이를 정량 평가할 수 있는 방법론을 공동 연구를 통해 개발했다.

공동 연구팀은 실제 표면 지형을 반영하는 탄소섬유 표면의 원자힘 현미경(AFM) 이미지를 유한요소 시뮬레이션에 직접 도입해 섬유에 대해 종방향, 횡방향 및 수직 방향에서의 계면 거동을 체계적으로 분석할 수 있는 새로운 모델링 접근법을 최초로 개발했다.

이러한 거동은 복합소재의 물성 결정에 중요하나, 일반적인 실험으로는 평가하기 어려운 부분으로, 본 연구는 이방적 표면 거칠기로 인한 기계적 맞물림과 계면 상호 화학 거동 사이의 복합적 상호작용을 밝혀내며, 구조용 복합재 설계에 새로운 통찰을 제공했다.

공동 연구팀은 이번 연구 성과를 "전산 역학 방법론을 통한 복합소재 내 탄소섬유의 실용적 물성 평가 기술"이라며 "보다 강하고 신뢰성 높은 복합재료 개발을 위한 명확한 방향성을 제공한다"고 설명했다. 또한 "공정-구조-물성간의 복합적인 상호작용을 이해함으로써, 향후 복합재 응용을 위한 최적화된 설계 및 가공 전략을 수립할 수 있는 기회를 열었다"고 덧붙였다.

본 연구 결과는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 융합연구단사업(CRC23013-000)과 나노 및 소재기술개발사업(2021M3H4A1A0304129), 산업통상자원부 지원 연구개발사업(RS-2024-00431920, RS-2025-19002973)의 일환으로 수행되었다.

연구팀의 논문"Characterization of CFRP Interface Properties with Varying Fiber Surface Roughness Using AFM Measurements and Finite Element Modeling"과"Effect of Plasma Modification on the Anisotropic Surface Structure of PAN-based Graphitic Carbon Fiber"는 각각 다학제적 엔지니어링(Composites Part B: Engineering IF: 14.2; 2024 JCR 상위 0.3%)과 다학제적 재료과학 분야(Carbon IF: 11.6; 2024 JCR 상위 10.1%)의 저명 학술지에 26년 1월 (Vol. 308), 25년 7월 (Vol. 242) 일자로 각각 게재된다.

한편 RAMP융합연구단은 KIST와 한국재료연구원, 한국생산기술연구원 등 출연(연)과 한국자동차연구원, LG화학 등 총 19개 기관이 협력해 재활용 가능한 미래 에어 모빌리티 구조용 소재·부품 경량화 플랫폼 기술을 개발하고 있다. 인천=주관철 기자 orca2424002@