항공우주용 소재는 초고온, 극저온, 진공 등 극한 환경에서 견딜 수 있는 첨단 소재다.
재료연구소가 마련한 `소재융합 정기 세미나`에서 최흥섭 세종대 교수(기계정보공학과, 전 대한항공 항공우주사업본부 연구원)는 “항공기 소재는 고유가와 환경 규제에 대응해 에너지 절감에 초점을 맞춘 친환경·고효율 소재 개발로 집중되고 있다”고 진단했다.
실제로 항공기용 복합재료(Composite Materials)는 극한 환경에서 사용 가능하고 동시에 기존 소재에 비해 가벼워 최신 항공기에 적용되는 비중이 갈수록 높아지고 있다. 에어버스의 A350, 보잉의 B787 등 최신 항공기의 복합재료 사용 비중은 50%를 넘어섰다.
대표적 복합재료인 `탄소 복합재`는 로켓 노즐, 가스터빈 블레이드 등의 핵심소재다. 산소가 없거나 2000℃ 이상의 고온 환경에서 사용 가능하다.
미 국방부는 매년 2000만달러를 탄소 복합재 연구개발에 투자하고 있다. 일본에서도 정부 주도 아래 기술 개발과 실험 시설에 연간 수백억원을 투자하고 있는 상황이다.
`세라믹 섬유강화 복합재`는 초고온 등의 극한환경에서 고강도, 고인성, 내식성 등의 특성을 유지해 우주·항공·방위산업의 필수 소재다. 가스터빈은 CO, NOx(질소산화물)의 배출을 줄이려면 작동 온도를 1500℃ 이상으로 높여야 하기에 초고온에 견딜 수 있는 세라믹 소재는 반드시 필요하다.
복합재료를 채택한 항공기는 넓은 창문과 실내 공간에 온·습도 조절 등이 원활해 승객에게 보다 쾌적한 기내 환경을 제공한다. 항공사로서는 피로 부식저항 특성 향상으로 유지보수비를 절감할 수 있고, 기체 무게 감소로 인해 연료절감, 공항 이착륙비용 절감 등의 효과를 안겨준다.
항공기 및 부품 제작사 입장에서는 부품수를 간소화하고 조립공정 시간을 단축할 수 있다. 또 생산 초기 품질을 반복 유지할 수 있어 경쟁력을 높일 수 있다.
재료연구소는 2년 전 탄소나노튜브(CNT)를 최대 13%까지 함유한 탄소섬유 프리프레그(복합재료 제조 시 가장 흔히 사용되는 중간재료)를 개발했다. 이 소재는 충격 흡수가 뛰어나고, 탄소나노튜브 포함량을 늘리면 탄소섬유 전체 무게를 줄일 수 있어 비행기, 자동차 등의 경량 소재로 매우 유용하다.
이에 따라 국내에서도 항공기 개발 사업이 확대됨에 따라 초고강도 T1000급 탄소섬유 프리프레그 개발이 요구되고 있다.
최흥섭 교수는 “항공소재산업은 항공기 연비 향상과 친환경 고효율 소재 개발, 무인 항공기 개발 등 IT융합이 핵심으로 떠오르고 있다”며 “정부 지원과 재료연구소 등 출연연의 기술개발 성과, 민간 항공업체의 노력 등으로 향후 발전 역량은 충분하다”고 말했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
