• Composites Research
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• 제31권6호
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• pp.299-303
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• 2018

탄소섬유 강화 PA6 복합재료의 탄소섬유-메트릭스간 계면결합력과 반응중합도 향상을 위해서 기존 탄소섬유의 에폭시 사이징제를 디사이징처리하여 에폭시를 제거한 후 우레탄계, 나일론계, 페녹시계 사이징제로 재처리해주었으며, 리사이징처리된탄소섬유의표면을관찰하였다. 리사이징처리된탄소섬유의계면결합력은 IFSS(Interfacial shear strength)를 통해서 확인하였으며, 계면 결합 강도 측정 후 파단면은 주사전자현미경을 통해서 관찰하였다. 나일론계와 페녹시계 사이징제로 처리된 탄소섬유가 우레탄계 사이징에 비해 계면 결합력이 상승한 것을 확인하였다. 우레탄계 리사이징 처리된 탄소섬유는 기존 에폭시 사이징 탄소섬유보다 계면 결합력이 감소한 것으로 확인되었다. 이 결과는 기존 탄소섬유의 저활성과 평활성을 제거하여 탄소섬유와 나일론6 사이의 계면 결합력이 향상된 것으로 판단된다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제3권5호
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• pp.38-46
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• 1995

In this paper, an experimental study on the effects of the impact damage and the perforation characteristic of CFRP laminates with different fiber stacking orientation and ply number was done through an observation of interrelations between the impact energy vs. transmitted energy and the impact energy vs. absorbed energy per unit volume. The velocities of the ball before or after impact are measured by the high-speed camera. And when CFRP laminates are subjected to tranverse impact by a steel ball(${\phi}10$), the delamination shapes generated by impact damage are observed by using SAM (Scanning acoustic Microscope).

• Elastomers and Composites
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• 제45권1호
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• pp.2-6
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• 2010

탄소섬유/나일론 수지 복합재료의 계면결합력의 향상을 위해 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 탄소섬유의 표면에 실란계, 설파이드계, 이미드계 계면결합제를 이용해서 사이징 처리를 수행하였으며, 사이징 처리된 탄소섬유의 젖음성과 표면자유에너지는 접촉각을 통해 확인하였다. 사이징 처리되어 제조된 복합재료의 기계적 계면물성은 임계응력세기인자를 통하여 확인하였으며, 파단실험 후 파단면은 주사전자현미경을 통해 관찰하였다. 실험결과 실란계로 사이징 처리된 탄소섬유가 다른 사이징 처리에 비해 표면자유에너지가 큰 것을 접촉각 측정을 통해 관찰하였다. 한편 사이징 처리된 탄소섬유 강화 나일론 복합재의 경우 미처리 탄소섬유를 이용한 복합재에 비해 높은 기계적 계면강도를 보였다. 이러한 결과는 섬유의 표면자유에너지가 탄소섬유와 나일론6 기지 사이의 계면결합력의 증대를 유도하여 복합재료의 기계적 계면강도가 증가된 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제30권5호
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• pp.316-322
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• 2017

탄소섬유는 매우 우수한 기계적, 전기적, 열적 특성을 가진 소재로써, 고분자를 매트릭스로 하는 복합재료로써 산업적으로 널리 쓰이고 있다. 하지만 이 복합재료는 높은 강도 및 탄성을 가진 탄소섬유에 비해, 약한 고분자 매트릭스로 인한 분리 형상이 약점으로 지적되고 있다. 이를 해결하기 위해 강화재의 첨가가 필수적이다. 그래핀은 매우 우수한 기계적 물성을 지닌 강화재로써, 첨가 시에 높은 물성 향상을 기대할 수 있다. 하지만 그래핀 자체의 응집현상과 고분자 기지와의 약한 결합이 강화효과를 제대로 구현해내지 못하는 결과를 초래하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 핵심 기술로 제시된 것이 기능기화 방법이며, 이를 통해 분산성을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 멜라민을 이용하여 그래핀 나노플레이틀릿의 기능기화를 진행하고, 이를 에폭시 고분자 기지와 혼합하였다. 제조된 그래핀 나노플레이틀릿/에폭시을 이용하여 탄소섬유 강화 고분자 복합재료를 제조하고 굽힘 특성과 층간전단강도를 측정하였다. 그 결과 복합재료의 기계적 물성이 증가되었으며, 그래핀 나노플레이틀릿의 분산성이 향상됨을 확인하였다.

• Elastomers and Composites
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• 제48권2호
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• pp.133-140
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• 2013

탄소섬유강화 고분자(CFRP) 복합재료는 고분자 매트릭스 내에 탄소섬유를 강화제로 사용한 복합재료이다. 최근 고온 및 고진공 조건이 요구되는 항공우주 및 전자산업용 고성능 재료로 사용하기 위해 높은 열안정성과 낮은 기체방출 특성을 갖는 CFRP 복합재료가 활용되고 있다. 이러한 용도에 시아네이트 에스터 수지는 가장 적합한 매트릭스 수지로 꼽히고 있다. 본 연구에서는 시아네이트 에스터 수지와 촉매의 조합, 경화 거동 및 경화 사이클을 최적화하기 위해 화학유변학적 거동을 분석하였다. 최적 조건은 촉매 100 ppm을 첨가한 수지 조성물을 $150^{\circ}C$에서 경화한 경우로 나타났다. 열안정성과 기체방출 특성을 분석한 결과 경화된 수지 조성물은 열분해 온도 $385^{\circ}C$ 및 전체질량손실 0.29%를 나타내었다. 설정한 수지 조성 및 경화 조건을 사용하여 CFRP 프리프레그 및 이를 적층한 복합재료를 제조하였다. 복합재료의 인장 탄성률을 이론적 모델과 비교한 결과 매우 일관성이 있었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제44권3호
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• pp.406-414
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• 2016

본 연구에서는 리그닌 기반 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile, PAN) 공중합체를 전기방사하여 나노탄소섬유 매트를 제조한 다음, 에폭시 수지를 보강하여 제조한 복합재료의 열적 특성 및 기계적 강도를 조사하였다. 나노탄소섬유 매트/에폭시 복합재는 에폭시 수지와 유사한 열분해 거동을 보이고 있는 반면에 유리전이온도는 $106.9^{\circ}C$로 순수에폭시 수지의 유리전이온도($T_g$) $90.7^{\circ}C$보다 다소 높은 경향으로 나타나 열적 안정성이 향상된 결과로 사료된다. 리그닌 기반 공중합체 및 순수 PAN으로 만든 나노탄소섬유 매트의 인장강도는 각각 7.2 및 9.4 MPa로 나타났으며, 리그닌 기반 나노탄소섬유 매트/에폭시 복합재료의 인장강도는 43.0 MPa로 나타났다. 이는 나노탄소섬유 매트/에폭시 복합재료에서 에폭시 수지 매트릭스(matrix) 내에서 나노탄소섬유가 강화제(reinforcing filler)로 작용한 효과로 약 6배의 인장강도 향상을 보였다. 인장강도 측정 후 시편의 절단면에서 나노탄소섬유 자체의 높은 인장강도(478.8 MPa) 및 에폭시 수지와의 약한 계면접착성에 기인하는 나노섬유의 뽑힘현상이 관찰되었다.

• Composites Research
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• 제37권2호
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• pp.76-85
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• 2024

본 논문에서는 보수를 위해 생성된 혼합물을 손상부위에 자동으로 분사하여 보수하는 탄소섬유 분사형 복합재 유지보수 로봇을 개발하였다. 로봇 개발을 위해 불연속 탄소섬유와 에폭시 수지(Epoxy resin) 및 경화제가 혼합된 보수용 혼합물을 손상부위에 분사한 뒤 경화시키는 보수공정을 개발하였다. 이후, 개발된 보수공정의 자동화를 위해 협동로봇(Collaborative robot)을 기반으로 보수용 혼합물을 손상부위에 자동으로 흡입 및 분사하는 말단장치(End of arm tool, EOAT)를 개발하였다. 개발된 로봇의 보수성능평가를 위해 복합재 인장시험 규정 ASTM D3039에 의거하여 0° 및 90°일방향 시편 제작 및 시험을 수행하였다. 시험은 손상되지 않은 시편, 손상된 시편, 그리고 손상 후 로봇에 의해 자동으로 보수된 시편에 대해 수행되었다. 시험 결과, 0와 90° 시편에 대해 각각 보수 후 약 10%와 90%의 인장강도 회복율이 확인되어 개발된 탄소섬유 분사형 복합재 보수 로봇의 보수성능을 검증하였다.

• Composites Research
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• 제32권6호
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• pp.349-354
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• 2019

복합재료 중심인장선의 구성은 강화재로 사용되는 탄소섬유 및 유리섬유와 기지재로 사용되는 속경화 열경화성 에폭시로 되어있다. 본 연구에서는 가공송전선의 복합소재 중심인장선(ACCC)에 사용되는 에폭시 경화물에 대하여 분석하였다. 다관능성 에폭시 중 4관능성 에폭시(PA 806)을 사용하고 MNAn, HHPA 두가지 경화제 및 경화 촉진제를 사용하여 에폭시 경화물을 만들고 이를 분석하였다. 경화제의 종류 및 경화 촉진제의 함량에 따른 최적조건을 도출하였다.

• Composites Research
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• 제36권2호
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• pp.132-139
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• 2023

추진제 탱크의 경량화를 위해 비강도가 우수한 탄소섬유 강화 복합재를 이용하여 라이너 없이 복합재 추진제 탱크를 제작하기 위한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 MEOP 1.7 MPa의 내압을 지탱할 수 있는 직경 800 mm의 복합재 추진제 탱크 축소형 시제를 설계하였고, 보스 또한 동일한 복합소재로 제작하여 무게를 줄였다. 라이너 없이 탱크를 제작하기 위해 분리형 맨드릴을 이용하였고, 맨드릴의 무게도 줄이고 경화 과정에서 맨드릴의 팽창을 줄여 치수안정성을 도모하기 위해 복합재로 맨드릴을 제작하였다. 맨드릴 상에 탄소섬유 직물 소재를 핸드레이업 공정으로 적층한 후 오토클레이브 경화 과정을 거쳐 시제품을 제작하였다. 시제품 제작 후, 상온 보증압 시험과 헬륨 기밀 시험, 그리고 상온 반복 내압 시험과 파열 시험을 수행하여 내압 강도 및 기밀 성능 요건을 충분히 만족함을 확인하였고 파열압에 대한 안전여유가 충분함을 확인하였다. 본 연구 결과를 발사체 연료탱크 개발에 적용함으로써 발사체 전체 경량화에 기여할 수 있고, 향후 극저온 성능까지 검증한다면 극저온 산화제탱크 제작에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Composites Research
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• 제29권3호
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• pp.111-116
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• 2016

터보/컴프레셔(Turbo compressor)용 틸팅 패드 저널 베어링(Tilting pad journal bearing)은 고속, 고하중의 주축(Rotor)을 지지하는 역할을 하며, 화이트 메탈(White metal)이 대표적인 소재로 널리 사용되어왔다. 그러나 예기치 않은 윤활유 공급 중단 상황(Oil cut situation) 또는 베어링과 주축 사이에 유막(Oil film)이 제대로 형성되지 않을 경우, 기존의 화이트 메탈 베어링은 융착(Seizure) 현상에 의해 바로 정지하게 되고 주축에 심각한 손상을 유발한다. 이러한 융착 문제를 해결하기 위해 기존의 화이트 메탈에 비해 높은 비강성, 비강도 그리고 뛰어난 마찰 특성(Tribological characteristic)을 가지는 탄소섬유 강화 복합재료(Carbon fiber reinforced composite)가 틸팅 패드 저널 베어링에 사용될 수 있다. 본 연구에서는 고 내열성 탄소섬유/에폭시 복합재료 틸팅 패드 저널 베어링의 오일공급 중단 상황에서의 내구성에 대한 연구를 진행하였다. 이를 위해 상온 및 오일공급 중단상황의 고온에서 인장, 압축, 전단 등의 기초적인 복합재료 물성 실험을 진행하였고, 복합재료 틸팅 패드 저널 베어링에 있어 가장 중요한 물성인 층간 계면 강도를 측정하기 위해 Short Beam Shear 실험을 진행 하였다. 오일 공급 중단 상황에서 복합재료 틸팅 패드 저널 베어링의 파손(Failure) 가능성을 알아보기 위해 유한 요소 해석(Finite element analysis)을 진행함으로써 베어링 표면에 가해지는 최대 응력을 도출하였고, 해석 결과와 물성 시험으로부터 측정된 강도 값을 이용하여 Tsai-Wu Failure index를 계산하였다. 해석 결과를 검증하기 위해 산업용 테스트 벤치를 이용하여 탄소섬유/에폭시 복합재료로 제조된 틸팅 패드 저널 베어링의 오일 공급 중단 실험을 진행하였다.