국내 연구진이 플래스틱 복합재가 섭씨 1000도 화염에서 구조적 안정성을 유지할 수 있음을 입증했다. 
한국연구재단은 한국재료연구원 오영석 박사 연구팀이 3차원 CNT(Carbon Nano Tube) 기반 나노케이지(Nanocage) 구조를 통해 고분자 사슬의 열적 운동을 물리적으로 제어함으로써 고분자 복합재의 내열 한계를 획기적으로 향상시키는데 성공했다고 밝혔다.
고분자 복합재는 가볍고 가공성이 뛰어나 차세대 구조 소재로 주목받고 있으나 유리전이온도(Tg) 이상에서 분자 운동성이 급격히 증가해 고온에서 구조적 안정성을 유지하기 어려운 한계가 있다. 따라서 극심한 열이 가해지는 곳에 위치해 하중을 견뎌야 하는 고온 부재 영역에서는 여전히 티타늄 합금을 비롯한 금속 소재가 주로 사용되고 있다.

이에 연구팀은 문제의 원인이 유리전이온도 이상에서 발생하는 사슬의 자유로운 운동성에 있음에 주목하고 화학적 결합이 아닌 물리적 구속 구조 설계를 통한 해결을 시도했다. 
3차원 CNT를 그물망 형태로 얽은 나노케이지 구조 내부에 고분자 사슬을 침투시킨 결과 나노케이지 기공이 사슬의 협동 재배열 영역보다 작으면 열적 운동이 극도로 억제됨을 실험적으로 규명했으며, 유리전이온도를 고분자 자체의 열분해 온도인 섭씨 350도까지 약 119% 끌어올렸다. 또 370도에서도 구조적 성능을 유지했으며 1000도 화염 환경에서도 내화・난연 성능을 확보했다.
연구진이 개발한 기술은 고분자 복합재의 사용 온도를 획기적으로 확장해 차세대 항공엔진 및 가스터빈용 부품으로 활용할 수 있는 기반을 마련한 것으로 평가된다. 나노케이지 기반 복합재는 엔진 경량화는 물론 초고온과 열충격에 노출되는 초음속 비행체 구조물, 전기자동차(EV) 배터리팩과 같은 미래 모빌리티 분야에서 화재 확산을 지연시키는 안전 소재로도 활용 가능성이 높다.
오영석 박사는 “PI(Polyimide) 등 고내열 수지와 복합화해 유리전이온도를 500도 수준까지 높이고 탄소섬유와 결합해 실제 부품 환경에서의 장기 신뢰성과 공정 안정성을 검증할 예정”이라며 “대형 부품 제조를 위한 공정 확장성과 경제성 확보를 통해 실용화 단계를 밟을 것”이라고 기대했다. 
나노케이지 기반 플래스틱 복합재 연구는 1월10일 복합재 분야 국제학술지 Advanced Composites & Hybrid Materials에 온라인 게재됐다.