• Composites Research
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• 제33권6호
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• pp.390-394
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• 2020

탄소섬유 스프레드 토우를 제조하는 과정에서 섬유 손상이 발생하며, 이는 스프레딩 과정에서 장비와 섬유 사이 혹은 섬유 간의 마찰로 발생한다. 이로 인해, 재료 및 장비조건에 따라 프로세스 성능에 차이가 발생하고, 제품 물성이 하락한다. 섬유 손상을 최소화하는 것은 스프레드 토우를 제조하는 공정에서 반드시 고려되어야 한다. 본 연구에서는 공기를 이용한 탄소섬유 스프레딩 공정에서 탄소섬유의 필라멘트 수와 사이징 함량, 탄소섬유토우 스프레딩 장비의 공정 변수(초기섬유장력, 열풍온도, 진공압력)를 달리하여 스프레드 토우의 공정성능 변화를 관찰하였다. 탄소섬유 품종에 따른 조건 별 최적조건에서 제조된 샘플을 이용해 인장강도를 평가하여, 탄소섬유의 손상에 따른 기계적 물성 감소를 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권2호
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• pp.94-101
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• 2017

토우프리프레그는 한 가닥의 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 등의 보강섬유에 일정한 비율의 수지가 미리 함침되어 있는 토우 형태의 프리프레그를 의미하며, 필라멘트와인딩 공법을 위한 중간재이다. 최근 고성능 압력용기 개발에 대한 연구가 활발해지면서 기존의 습식 필라멘트와인딩 공법을 대체할 수 있는 건식 와인딩 공법을 위한 소재인 토우프리프레그에 대한 관심이 증대되고 있다. 본 논문에서는 로켓 모터케이스, 수소연료전지 자동차용 연료탱크, 산업용 고성능 압력용기 등 성능과 신뢰성을 동시에 필요로 하는 부품 제조용 소재로 주목받고 있는 탄소섬유 토우프리프레그의 국내외 최신 연구동향에 대하여 살펴보았다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제62권1호
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• pp.13-18
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• 2024

웨어러블 디바이스용 유연 전극 소재 개발을 위해 탄소섬유 토우(carbon fibers tow)의 전처리에 따른 전기화학적 특성을 조사하고, 이를 활용하여 포도당을 타겟으로 전기화학적 비효소 센서를 제작하였다. 탄소섬유 토우는 탈사이징(desizing)과 활성화(activation) 공정을 통해 전처리 되었으며, 활성화는 화학적 산화와 전기화학적 산화의 두 가지 방법으로 이루어졌다. 전처리된 샘플은 주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 표면 분석되었으며, 전기화학적 특성 및 센싱성능 분석은 시간대전류법와 순환전압 전류법, 전기화학 임피던스 분석법을 이용하여 수행되었다. 탄소섬유 토우는 전처리를 통해 감소된 R_et와 ΔE_p, 증가된 I_p 등 향상된 전기화학적 특성을 보였으며, 두 활성화 방법에서는 유사한 전기화학적 특성이 얻어졌다. 본 연구에서는 전기화학센서 적용을 위해 전기화학적으로 활성화된 탄소섬유 토우를 최종 전극 물질로 선정하였다. 이 전극을 기반으로 제작된 비효소적 포도당 검출 센서는 0.09899~3.754 mM과 3.754~50 mM의 선형 구간에서 각각 0.744 mA/mM과 0.330 mA/mM 정도의 향상된 감도를 보였다. 본 연구를 통해 탄소섬유 토우의 전극 소재로서 사용 가능성을 확인했으며, 고성능 유연 전극 소재 개발에 기초 연구로 활용 가능할 것으로 기대된다.

• Composites Research
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• 제17권6호
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• pp.28-36
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• 2004

복합재료의 성형조건과 재료의 변형간의 관계를 규명하기 위해 PVC 포움-직물 복합재료 샌드위치 구조의 성형공정 중 토우 구조의 미소 변형을 고찰하였다. 실험에 사용한 포움은 4가지 밀도를 가지는 PVC 포움이며, 면재로는 탄소섬유게폭시 프리프레그(3k)를 사용하였다. 디지털 현미경과 이미지 분석 도구를 사용하여 직물 복합재료의 굴곡 각과 토우 진폭 등의 토우 파라메터를 측정하여 서로 비교하였다. 성형 중 포움의 변화가 직물 복합재료 구조의 변형에 미치는 영향을 파악하기 위해 세 가지 온도 조건($25^{\circ}C$, $80{\circ}C$, $125^{\circ}C$)에서 포움의 압축 실험을 수행하였다. 복합재료 토우 구조의 현미경 관찰 결과 토우의 미소 변형은 포움의 밀도와 성형 압력에 따라 서로 다른 경향을 나타내었으며. 특히 포움의 변형 거동에 큰 영향을 받는 것을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제28권4호
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• pp.232-238
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• 2015

본 연구에서는 탄소 나노복합재료 수지의 분산도를 평가하기 위해 전기저항 측정방법을 활용한 평가 예측 연구를 시도하였다. 탄소 나노복합재료 수지을 탄소섬유 토우에 떨어뜨려 탄소섬유의 배열 변화에 따른 전기저항 변화도를 이용하여 분산도를 평가하였다. 분산도가 균일한 탄소 나노복합재료 수지의 상태는 섬유 토우의 배열을 변화시키더라도, 섬유들 사이에 CNT의 영향으로 전기적 접촉면을 생성시켜 비교적 낮은 전기저항 변화도를 나타낸다. 그러나 불균일한 나노입자 분산상태의 수지는 탄소섬유 토우의 필터링 현상에 나노입자와 에폭시가 분리되었다. 탄소섬유의 전기저항 변화도는 크게 변화되며, 이러한 전기저항 변화도의 크기차이를 이용하여 분산도를 분석할 수 있었다. 나노복합재료 수지 적용 섬유강화 복합재료의 ILSS 측정 결과와 전기저항 측정법을 이용한 분산도 평가 결과간의 상관관계를 비교하였다. 균일한 분산도 상태의 나노복합수지를 이용한 경우가 섬유강화 복합재료화 하였을 경우 우수한 계면 특성을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제28권5호
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• pp.249-253
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• 2015

본 연구는 탄소섬유 펼침 기술을 이용한 적층 복합재료의 특성을 평가하였다. 섬유 펼침 기술이 적용되어 기존 12 K 탄소섬유 토우의 폭이 7 mm에서 20 mm로 늘어나면서 두께가 더 얇아졌다. 폴리프로필렌 필름을 spread tow에 함침시켜 프리프레그를 만들고 이를 적층 후 열압축 성형을 통해 시편을 제조하였으며 이들의 기공함유량 및 인장, 굴곡 시험을 통해 물리적, 기계적 물성을 평가하였다. 그 결과, 탄소섬유 펼침 기술이 적용된 적층 복합재료의 기공함유량이 기존의 섬유 토우를 사용한 것보다 작게 나타났고, 섬유함유량이 낮았음에도 불구하고 기계적 물성이 향상됨을 알 수 있었다.

• Composites Research
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• 제33권6호
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• pp.341-345
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• 2020

열중량분석기를 적용하여 탄소섬유/에폭시 복합재의 구성재 함유량을 평가하기 위한 측정기법을 제시하였다. 시험에 사용된 시료는 탄소섬유/에폭시 토우 프리프레그로 제작된 스트랜드 시편에서 채취하였으며 시간에 따른 시료의 무게 변화를 실시간으로 측정하였다. 또한 전자현미경을 이용하여 수지 제거 여부와 탄소섬유의 열손상 상태를 관찰하였다. 연구결과에 따르면 열중량분석기를 적용하면 기존의 머플로를 적용한 경우에 비해 소량의 시료에 대해서도 시험이 가능하며, 설정 온도와 노출 시간을 제어함으로써 구성재의 함유량을 효율적이고 정량적으로 평가할 수 있음을 알 수 있었다.

• Composites Research
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• 제17권1호
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• pp.38-46
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• 2004

본 논문의 목적은 탄소섬유 건직물의 토우 구조의 미소 거동과 변형 중의 평면 하중과의 관계를 규명하는 것이다. 평면 하중은 변형 중에 토우들을 재배치하며, 결국에는 잠김 현상을 유발하게 된다. 본 논문에서는 토우 간격, 주름각등의 미소 변형 변수들을 관찰하기 위해 일방향 편향 인장실험과 이축 인장실험을 겪은 시편들을 전단각에 따라 분류하여 현미경을 이용하여 변형 경향을 관찰하였다. 전단각에 따른 변형된 토우 구조의 변화를 간단한 설계 변수 모델을 이용하여 근사하였다.

• Composites Research
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• 제36권6호
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• pp.388-394
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• 2023

복합재료 제조 시 수지의 함침성을 높이는 것은 제조 공정속도와 제품의 품질을 향상시키는 핵심 방법이다. 수지 개선은 중요하지만, 간단한 섬유 표면 처리로도 수지의 흐름성을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 탄소섬유 직물에 다양한 플라즈마 처리 시간을 적용함으로써 수지와 섬유 간의 함침성을 향상하게 하였다. 플라즈마 처리에 따라 변화된 섬유 내 수지의 분산을 평가하기 위해 전기저항 측정법을 사용했다. 섬유 표면처리가 수지 함침성에 미치는 영향을 실시간으로 관찰할 수 있었다. 수지에 탄소섬유 토우를 삽입할 때 토우에 스며든 수지의 양을 측정하여 수지 함침성을 객관적으로 비교하였다. 5분 동안의 플라즈마 처리로 복합재료의 인장과 압축 강도가 50% 이상 향상되었으며, 보이드 함유율을 감소시키고 소화점 임계열류량을 증가시켰다. 마지막으로 건축용 복합재료 부품으로 사용되는 일부분을 활용하여 동적 굴곡피로시험을 실시했고, 3 kN하중 백만 회에도 복합재료 부품은 파손되지 않았다.

• Composites Research
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• 제33권5호
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• pp.315-320
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• 2020

본 연구에서는 균일한 스트랜드 시편을 얻기 위해 자동 와인딩장치를 이용하여 스트랜드 시편을 제작하는 경우 맨드렐의 열팽창이 스트랜드 시편에 미치는 영향을 조사하고 맨드렐의 재료와 구조 변경의 필요성을 확인하고자 해석과 시험을 진행하였다. 해석은 자동 와인딩장치에 사용되는 맨드렐을 모델링하여 수행되었다. 연구결과에 따르면 맨드렐의 열팽창으로 개별 스트랜드 시편에 의도하지 않은 추가 장력이 발생하며 그 크기는 경화 온도와 스트랜드 시편의 위치에 따라 달라졌다. 또한 초기 장력이 토우 프리프레그의 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 시편을 제작하고 인장시험을 진행하였다. 시편은 다른 조건을 모두 고정시키고 장력만 40, 60, 80 N으로 제어하여 제작하였다. 해석 및 시험 결과 맨드렐의 열팽창으로 인한 추가 장력 및 장력 편차 그리고 초기 장력 차이 모두 인장시험 결과에 큰 영향을 미치지 못하였다. 이는 탄소섬유의 높은 강도에 비해 장력의 크기가 충분히 작기 때문으로 판단된다. 따라서 자동 와인딩 장치의 맨드렐 재료와 구조의 변경은 불필요한 것으로 확인되었다.