• Composites Research
• /
• 제34권2호
• /
• pp.77-81
• /
• 2021

복합재료의 높은 비강도와 비강성으로 인해 복합재료는 다양한 산업분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 탄소 섬유 강화 복합재는 많은 기계적인 구조물에 널리 사용된다. 또한 이방성 특성을 갖는 탄소 섬유 강화복합재는 금속 재료와 달리 섬유 방향에 따라 피로 거동을 이해하는 것은 구조 설계에 있어서 매우 중요하다. 따라서 본 논문에서는 비낌 축(off-axis) 시편에 따라 복합재료의 피로 수명에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 이를 위해 복합재료의 비낌 축 시편(0°, 10°, 30°, 45°, 60°, 90°)에 대해 인장 및 피로 시험을 수행하였다. 피로 시험 결과, 복합재의 피로 강도는 섬유 방향이 0도로부터 조금 벗어날수록 피로 강도가 크게 감소하였으며 많이 벗어날수록 적게 감소하였다. 이는 적층 각이 커질수록 섬유의 하중을 지지하는 역할이 감소했기 때문이다. 또한 복합재의 피로 선도에 비낌 축 각도를 평준화하는 피로 강도 비율을 도입하여 피로 수명의 경향을 분석하였다. 피로강도 비율(Ψ)-피로 수명 선도를 이용하여 적층 각도와 관계없이 피로 수명을 단일선으로 표현하였다. 피로 강도비율을 통해 평준화된 피로 선도를 이용하면 2개 이상의 비낌 축 각도를 가지는 복합재의 피로 선도만으로도 임의의 다른 비낌 축 각을 가진 동일한 복합재의 피로 수명 곡선의 도출이 가능하다.

• Composites Research
• /
• 제28권4호
• /
• pp.197-203
• /
• 2015

폴리프로필렌 기반 자기보강 복합재는 기지재와 보강재가 동일한 소재로 구성되어 기존 섬유강화 복합재와 달리 섬유와 기지재의 분리없이 바로 재활용이 가능할 뿐 아니라 폴리프로필렌 수준까지 저 비중화가 가능한 고분자 복합재이다. 본 연구에서는 더블벨트 라미네이터 공정기술을 이용하여 압력, 온도, 냉각조건과 같은 공정 변수가 폴리프로필렌으로 제조된 자기보강 복합재의 인장 물성에 미치는 영향을 연구하였다. XRD, DSC를 이용하여 결정구조의 변화에 따라 인장 탄성계수는 0.2~1.2 GPa로 약 6배까지 향상되는 것을 확인하였다. SEM 분석을 통해 함침 정도를 확인함으로써 자기보강 복합재의 함침 후 형상 변화 또한 고찰하였다.

• Composites Research
• /
• 제26권6호
• /
• pp.355-362
• /
• 2013

복합재료 중 가장 많이 사용되는 탄소계 나노복합재의 성능 향상에 대한 연구가 수행되었다. 나노 사이즈의 탄소나노튜브(CNT)와 마이크로 사이즈의 그레파이트(Graphite) 입자를 일정한 형태로 배열하여 나노복합재를 제작하였다. 입자를 배열하기 위하여 전기장을 활용하였다. 일정한 방향 혹은 형태로 배열된 입자는 에폭시 기지 속에서 섬유강화 복합재 처럼 일정한 방향으로 강성의 향상을 나타낸다. 복합재의 구조적 강성이나 물리적 특성은 강화 입자의 배열상태에 따라 매우 달라지게 된다. 본 연구에서는 특히 탄소나노튜브와 그레파이트 강화입자의 전기장 배열에 의해서 만들어진 나노복합재의 강성 및 방사능 차폐특성을 규명하였다. 전기장에 의한 입자의 배열로 만들어진 탄소계 복합재는 구조적 성능뿐만 아니라 물리적인 방사능 차폐에서도 훌륭한 특성을 나타내었다.

• Composites Research
• /
• 제27권3호
• /
• pp.109-114
• /
• 2014

나노입자에 대한 복합재료 수요가 증가되면서 효과적인 나노입자 보강재를 이용한 나노복합재료 제조공정 단순화를 추구하고 있다. 본 연구에서는 나노입자를 활용하여 전도성과 계면 강도를 향상시킨 나노입자 강화유리섬유 소재에 대한 연구를 진행하였다. 탄소계 나노입자의 형상에 따른 유리섬유 표면에 흡착된 나노입자 상태를 FE-SEM으로 분석하였다. 나노입자 코팅층의 내구성을 평가하기 위한 방법으로 초음파 세척과정에 따른 나노입자의 세척 정도를 분석하여 탄소계 나노입자의 형상에 따른 나노입자 코팅층의 내구성을 분석하였다. 동적피로 실험을 통하여 나노입자 강화 유리섬유/에폭시의 계면강도를 나노입자 형상에 따른 차이에 따라 비교하였다. 나노입자 코팅층의 내구성은 단섬유 강화 복합재료시편을 이용하여 분석하였다. 겉보기 강성도 결과와 나노입자코팅층의 전도성 변화를 분석하여 코팅층의 다기능성을 분석할 수 있었다. 판상형의 나노입자 보다는 섬유 형태의 나노입자가 유리섬유 표면에 흡착성이 용이하였다. 계면 내구성 및 안정성에 효과가 있음을 확인하였다.

• Composites Research
• /
• 제31권5호
• /
• pp.276-281
• /
• 2018

본 논문에서는 이론적인 계산 모델을 이용하여 다양한 섬유 다발 구조를 갖는 직조섬유강화 복합재의 탄성 거동을 예측하였다. 직조 복합재의 기계적 물성을 대표할 수 있는 대표체적요소 (RVE)을 설정하였으며, 직조 다발의 굴곡을 다양한 정현파 함수로 정의하였다. 고전적층이론 (CLPT)를 이용하여 영률, 전단 탄성계수, 포아송비와 같은 직조복합재의 유효물성을 예측하였다. 섬유 다발의 구조와 형태 (평직, 능직)에 따라 섬유 부피 분율을 계산하였으며 각각의 탄성 거동을 이론적인 계산 모델을 통해 예측하였다. 또한, 이론적 예측 결과의 검증을 위해 진공수지주입(VARTM) 공정을 사용하여 평직 및 능직 형태의 복합재 시편을 제작 후 물성 시험을 진행하여 실험 결과를 이론적 예측 결과와 비교하였다. 결과적으로 직조 복합재의 탄성 거동에 대한 이론적 결과와 실험 결과 간에 매우 높은 정확도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.

• 에너지공학
• /
• 제26권4호
• /
• pp.84-91
• /
• 2017

섬유강화플라스틱(glass fiber reinforced plastics)은 수지에 섬유상의 보강재를 복합화하여 고강도 특성을 나타내게한 대표적인 플라스틱 복합소재이다. 섬유강화플라스틱 성형제품의 기계적 물성을 결정하는 요소는 강화재로 사용되는 섬유상 소재이므로 섬유소재에 대한 연구는 관심이 높은 대상이나, 기지재를 구성하는 수지의 물성에 영향을 미치는 충진재의 영향에 관한 연구는 많지 않은 편이다. 그러나, 플라스틱 또는 수지 조성물의 물성은 미네랄 충진재에 의하여 결정되며, 기지재가 복합소재에 미치는 영향이 높은 만큼 본 연구에서는 $3-6{\mu}m$ 크기의 중질 탄산칼슘을 사용하여 충진재의 크기와 첨가량이 섬유강화복합체에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 시편은 시트몰딩 컴파운드(SMC, Sheet molding compound) 방법에 의하여 제조되었으며, 기계적 특성은 굴곡강도와 인장강도 결과를 비교 분석 하였다. 그 결과 탄산칼슘의 크기 또는 첨가량이 성형시편의 기계적 강도에 영향을 미칠 수 있음을 확인할 수 있었으며, 그 중에서도 가장 낮은 평균 입경 ($2.8{\mu}m$) 조건에서 가장 높은 기계적 특성을 나타냈다.

• Composites Research
• /
• 제36권2호
• /
• pp.92-100
• /
• 2023

본 논문에서는 유리섬유 직물 강화 복합재 소재위에 Cross-Dipole 패턴이 배치된 정형적 Circuit Analog(CA) 전파 흡수 구조 설계를 위한 머신러닝 및 딥러닝 모델을 제시하였다. 제시된 모델은 Cross-Dipole 패턴의 형상에 따라서 Ku-band (12-18 GHz)에서의 전파흡수성능을 3차원 전자파 수치해석 없이 바로 계산할 수 있다. 이를 위하여 다양한 머신러닝 및 딥러닝 기술을 적용한 최적 학습 모델을 도출하고, 학습 모델이 계산한 결과를 3차원 전자파 수치해석결과로 얻은 전파흡수특성과 비교함으로써 각각의 모델 간의 성능의 비교우위를 평가하였다. 개발된 모델들은 대부분 수치해석결과와 유사한 계산결과를 보여주었지만, 그 중 Fully-Connected 모델이 가장 유사한 계산결과를 제공할 수 있음을 확인하였다.

• Composites Research
• /
• 제32권6호
• /
• pp.403-407
• /
• 2019

장섬유강화 복합재료는 연속섬유강화 복합재료 대비 가격 경쟁력 및 성형 자유도가 높은 장점을 가지고 있다. 반면에 중간재를 제조하는 과정에서 무작위로 분산되는 특성으로 균일한 배향성을 확보하는데 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 LFPS(Long Fiber Prepreg Sheet) 소재의 재현성 검증을 위하여, 섬유의 배향 각도를 측정하고 이를 기반으로 기계적 물성치와의 상관관계를 분석하였다. 배향특성 분석을 위하여 와류측정방식을 사용하였으며, ASTM 기준에 준하여 LFPS 소재의 인장 및 압축 시험평가를 수행하였다. 추가적으로, 탄성강성 예측이론인 ROM(Rule of Mixture)을 활용하여 LFPS 소재의 시험결과와 이론치를 검증하였다. 이러한 결과를 통해 비연속섬유강화 복합재료의 섬유 배향특성이 기계적 특성에 미치는 영향을 확인하였다.

• 공업화학
• /
• 제24권5호
• /
• pp.476-482
• /
• 2013

본 연구에서는 탄소섬유 표면에 가해진 전기화학적 산화처리가 탄소섬유강화 극성화된 폴리프로필렌 기지 복합재료의 기계적 계면 물성에 미치는 영향을 알아보기 위해 전류밀도 변수에 따른 섬유표면의 변화를 관찰하였다. 표면처리 전후의 탄소섬유 표면특성은 주사전자현미경과 원자현미경, 적외선분광법, X선광전자분광법과 접촉각으로 분석하였다. 탄소섬유강화복합재의 기계적 계면특성은 임계응력세기인자를 측정하여 평가하였다. 실험 결과 전기화학적 산화처리 후 섬유 표면의 $O_{1s}$ 피크의 증가를 관찰할 수 있었고, 이는 섬유의 표면자유에너지의 증가를 유도하며, 탄소섬유와 폴리프로필렌의 계면 결합력이 증가된 것으로 판단된다. 결론적으로 탄소섬유강화복합재료의 기계적 물성은 탄소섬유와 극성 폴리프로필렌 기지와의 계면 강도조절을 통해 가능할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제13권2호
• /
• pp.149-158
• /
• 2011

최근 장기 부식 등 일반적인 건설재료의 문제점을 보완할 수 있는 대체 재료로서, 섬유강화 복합재료의 활용이 증대되고 있다. 하지만 일반적으로 선형의 섬유강화 복합재료를 아치형인 터널구조물의 부재로서 활용하는 데는 많은 문제점이 대두된다. 본 연구에서는 FRP 복합부재의 거동특성 파악을 위한 수치해석적 사전검토 연구를 토대로, 터널 지보구조물로서 활용성 분석을 위한 FRP와 콘크리트 합성부재에 대한 하중재하 실험을 수행하였다. 또한 역학적 거동분석을 위하여 동일 조건에 대한 수치해석을 수행하였다. 하중재하 실험 및 수치해석결과, FRP와 콘크리트 합성부재는 두 부재 계면의 휨 인장에 의한 전단거동에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.