[로이슈 전여송 기자] 서강대학교는 기계공학과 김상엽 교수 연구팀이 유도용접 과정에서는 발열체로 작동하고 용접이 끝난 뒤에는 제거되는 '제거형 금속 서셉터(removable susceptor)' 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 연구 결과는 복합재료 분야 학술지 'Composites Part B: Engineering'에 게재됐다.

연구는 김상엽 교수 연구팀의 강형우 석사과정생이 제1저자로 참여했으며, 한국재료연구원, 한국연구재단, 현대자동차 정몽구 재단의 지원을 받아 수행됐다.

열가소성 복합재는 항공우주와 자동차, 미래 모빌리티 분야에서 활용되는 소재지만, 기존 유도용접은 금속 발열체를 접합면 내부에 삽입해야 해 용접 후에도 금속이 남는 한계가 있었다. 연구팀은 녹는점이 약 62℃인 필즈 메탈(Field's Metal)을 임시 발열체로 활용해 용접 후 액체 상태로 접합부 밖으로 배출되도록 설계했다.

연구팀은 이를 통해 접합부 내 금속 잔류량을 2.5wt% 이하로 줄였다고 설명했다. 또 상변화 과정에서 전기저항 증가로 발열 효율이 높아지는 현상을 확인했으며, 최대 35.1%의 발열량 증가와 초당 20℃ 이상의 가열 속도, 기존 방식보다 8배 균일한 가열 성능을 구현했다고 밝혔다.

연구팀은 이 기술을 폴리에테르이미드(PEI) 용접에 적용해 목표 온도 도달 시간을 기존 방식보다 60% 이상 단축하고 접합 강도를 17% 높였다고 설명했다. 아울러 머신러닝 기반 설계 기법을 적용해 복잡한 형상의 접합부에도 활용 가능성을 확인했으며, 단방향 PEKK 탄소섬유강화 열가소성 복합재에도 적용해 별도의 수지층 없이 15.7MPa의 접합 강도를 확보했다고 밝혔다.

강형우 서강대학교 기계공학과 석사과정생은 “이번 연구는 금속 서셉터를 영구적인 구조재가 아닌 일시적인 가열 매체로 활용하는 새로운 개념을 제시했다”며 “향후 항공우주와 자동차, 도심항공교통(UAM) 등 경량화가 중요한 분야에서 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr