▲ 아라미드 나노섬유 기반 마스터배치 복합소재 제조 및 성능 요약 / 폴리설폰(PSU)과 아라미드 나노섬유 마스터배치를 용융 혼련해 난연성과 기계적 강도가 향상된 복합소재를 제조하는 과정을 나타냄. 우측 확대도는 PSU 고분자와 ANF가 얽힌 나노구조를 시각화하였고, 하단은 복합소재의 난연성 개선, 충격강도 강화, 응용 분야(헬멧, 항공, 전자부품 등)를 실제 이미지와 SEM 분석으로 설명함.(그림 및 설명=서강대 박제영 부교수)   © 특허뉴스

불이 붙어도 화염을 제거하면 3초 안에 꺼지는 투명 플라스틱이 개발됐다. 단 0.04wt%의 나노섬유로 난연성은 최고 등급을 달성하고, 기계적 강도는 2.4배 향상됐다. 친환경성과 성능을 모두 잡은 이 고기능 복합소재는 전자기기, 소방장비, 항공우주 부품 등 극한 환경에서도 안전하게 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

한국연구재단은 서강대 박제영 교수, 인하대 오동엽 교수, 한국화학연구원 전현열·박슬아 연구원이 공동으로, 고성능 플라스틱 ‘폴리설폰(PSU)’에 아라미드 나노섬유(ANF)를 결합한 투명 난연 나노복합소재 개발에 성공했다고 5일 밝혔다.

PSU는 내열성과 투명성이 뛰어난 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이지만, 난연성과 충격 저항성이 떨어져 고위험 산업에 사용이 제한됐다. 연구팀은 이 한계를 극복하기 위해 용매 공용성을 활용해 PSU와 아라미드 나노섬유를 단일 공정으로 결합하고, 마스터배치 방식으로 나노섬유의 균일한 분산을 유도했다.

그 결과, 0.04wt%의 아라미드 나노섬유가 포함된 복합소재는 ▲기존 대비 인성 2.4배 증가 ▲투명성 87% 이상 유지 ▲산소지수(LOI) 31.5 달성 ▲가장 높은 난연등급인 UL94 V-0 등급 달성 등 기계적 강도와 난연성을 동시에 획기적으로 끌어올렸다.

특히 화재 실험에서는 1300도씨 화염에 노출된 후 불꽃 제거 3초 이내 바로 불이 꺼졌고, 콘-칼로리미터 실험에서도 불이 붙지 않아 극한 상황에서도 안정성을 입증했다.

박제영 교수는 “기존 난연제 없이도 초소량의 나노섬유만으로 투명성, 기계적 강도, 난연성을 확보했다”며, “본 기술을 다양한 플라스틱 소재로 확장해 친환경 고성능 복합소재의 새 기준을 제시할 것”이라며, “후속연구를 통해 아라미드 나노섬유의 난연효과를 다른 플라스틱으로 확장하는 데 노력하겠다”라고 밝혔다.

이 연구 성과는 국제학술지 ‘고급 복합소재 및 하이브리드 소재(Advanced Composites and Hybrid Materials)’2025년 8월호에 게재됐다.

논문명은 High-performance transparent polysulfone nanocomposites enhanced with masterbatch-based aramid nanofibers for improved toughness and flame retardancy이다.