[K-카본 미래제조 혁신] 〈2〉 '열가소성 탄소복합재'로 항공기 부품 국산화

국산 탄소복합 소재가 항공기에 적용돼 날아 오를 날이 다가오고 있다.

8일 업계에 따르면 열가소성 탄소복합재로 항공기 구조물을 개발하는 프로젝트가 상용화 첫 단추를 끼웠다. 산업통상부가 추진한 'K-카본 플래그십 기술개발 사업' 세부 과제로 진행된 프로젝트로, 올해 2차년도 목표였던 축소형 항공기 도어 제작에 성공했다. 항공기 화물칸 문을 열가소성 탄소복합재로 만드는 것이 최종 과제다.

열가소성 소재는 열을 가했을때 녹고, 온도를 낮추면 고체 상태로 되돌아가는 소재를 말한다. 한번 열을 가해 성형하면 재가공이 되지 않는 '열경화성' 소재와 비교해 친환경적이고 대량 생산에 유리하다. 항공기 경량화에도 기여할 수 있다.

벌크 카고 도어로 불리는 항공기 화물칸 문은 작업자가 화물을 효율적으로 적재할 수 있어야 하지만 무엇보다 항공기 동체에 적용되기 때문에 안정성과 직결돼 기술력이 필요하다.

현재 벌크 카고 도어는 열경화성 복합재로 만들고 있다. 이를 열가소성 소재로 바꾸면서도 유사한 성능을 내는 것이 프로젝트의 목표다. 현재 열가소성 복합소재는 항공기 경첩류 등 소형 부품에 사용될뿐 대형 구조물에 적용한 사례는 거의 없다.

지난해까지 기초 연구 중심이었다면 올해는 본격 부품 제작에 돌입했다. 부품을 제작하기 위해서는 금형 개발과 신규 공정 개발이 필요하다. 열경화성 소재는 120~170℃에서 성형이 가능하지만 열가소성 복합소재는 최소 350~400℃의 고온 공정을 필요로 한다. 균일하게 온도를 상승시키기 위한 온도 제어 기술도 핵심 요소 중 하나다. 현재 개발된 금형으로 실제 성형 온도에 노출해 복합소재를 성형하는 기술 개발이 진행되는 단계다.

리스크를 줄이기 위해 우선 작은 크기로 제작해 테스트한 이후 크기를 키우고 최종적으로 목표 크기로 만드는 3단계로 개발을 진행한다. 올해 축소형 부품에 대한 개발이 완료된 만큼, 내년부터는 크기를 키우는 과정을 진행할 계획이다.

대한항공이 전체 기술 개발을 조율하면서 부품 제작을 주관하는 가운데, 외산과 동급 이상 성능을 낼 수 있는 소재 개발부터 열가소성 복합소재를 이용한 부품 개발에 전체 컨소시엄이 협력하고 있다. 한국탄소나노산업협회는 공동특허출원 기반을 구축하고 사업 성과 홍보를 통해 개발 결과물이 사업화로 이어지도록 지원하는 역할을 한다.

열가소성 복합소재 항공부품 제조 기술이 개발되면 공정 간소화와 대량 생산이 가능할 전망이다. 내충격성도 향상돼 부품 신뢰성을 높일 수 있다. 항공기에 장착되는 열가소성 복합소재와 부품 국내 생산이 가능해지고 수출 기반을 확보한다는 의미도 크다.

대한항공 관계자는 “항공 산업이 발전하고 항공 수요도 늘어나면서 항공기 부품을 빠르게 생산할 수 있는 기술 수요가 큰 상황으로 이미 개발된 기술만 가지고는 대응을 제대로 할 수 없다”면서 “정부 R&D 사업을 통해 개발·제작된 부품이 실제 항공기에 장착돼 매출로 이어질 수 있도록 노력할 것”이라고 말했다.

정현정 기자 iam@etnews.com