• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.32-36
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• 2023

최근 탄소 중립 등 지속 가능한 발전을 위한 지구환경 문제가 대두되면서 기존 풍력터빈의 소재인 유리섬유 복합재의 폐기 시 처리 방안이 문제가 되고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 기존의 유리섬유 복합재를 대체할 수 있는 친환경 복합재인 아마섬유 기반 복합재를 활용하여 30kW 풍력터빈 블레이드를 제조하고 적합성을 평가하였다. 먼저 친환경 천연 아마섬유 복합재의 풍력터빈 블레이드 소재로 활용 가능성을 검증하기 위해 기계적 강도 시험을 수행하였으며, 그 결과 선행 아마섬유 복합재 물성 연구 대비 좀 더 우수한 강도가 측정된 것을 확인하였다. 또한 제작된 30kW 급 아마섬유 복합재 블레이드를 활용하여 아마섬유 복합재 블레이드의 정적강도를 측정하는 정적강도 성능평가 시험을 통하여 적합성을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제26권1호
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• pp.72-78
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• 2013

불연속 탄소섬유-에폭시 복합재의 저항발열 특성에 관한 연구를 수행하였다. 1, 3, 5 wt.% 불연속 탄소섬유가 함유된 복합재 시험편을 초음파 처리와 캐스트 몰딩(cast molding)을 이용하여 제조하였다. 시편에 DC 전류 인가시 발생되는 저항열에 의한 시편의 표면온도 변화를 적외선 카메라를 이용하여 측정하였다. 발열온도를 예측하기 위해서 유한요소해석을 수행하였는데, 실측된 온도와 부합함을 확인하였다. 탄소섬유의 함량과 인가전압이 증가할수록 발열저항에 의해서 발생된 열은 증가함을 확인하였다. 복합재 내에서 균일한 온도분포를 얻기 위해서는 탄소섬유의 분산상태가 중요하며, 대기온과 습도 등 실험환경이 발열온도에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 접착 및 계면
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• 제10권2호
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• pp.90-97
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• 2009

세 가지의 다른 산처리를 한 단일 탄소섬유로 함침된 CNT-에폭시 나노복합재료는 전기-미세역학적 기술과 젖음성 시험법을 사용하여 분산과 자체-감지능을 조사하였다. 자체-감지능은 접촉저항의 노이즈가 산 처리되지 않은 CNT보다, 산 처리된 단일 탄소섬유 CNT-에폭시 나노복합재료가 다소 더 크게 나타났다. 반면에, 겉보기 강성도는 산 처리를 한 경우가 응력전달이 더 잘되어, 산처리 하지 않은 경우보다 더 컸다. 탄소섬유와 CNT-에폭시간의 계면전단강도는 CNT 첨가로 인하여 점도가 증가하기 때문에 탄소섬유와 순수 에폭시간의 경우보다 낮게 나타났다. CNT-에폭시 나노복합재료는 순수 에폭시보다 더 큰 소수성을 보여 주었다. 열역학적인 접착일은 계면전단강도와 대략 비례적인 관계를 보여주지만, 겉보기 강성도는 접착일과는 반비례를 나타내었다. 요구되는 물성에 따라서, 최대조건 대신에 최적의 산처리 조건이 필요로 할 것이다.

• 접착 및 계면
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• 제13권2호
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• pp.58-63
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• 2012

탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 홀 가공 시 chip이 발생된다. 이때 발생되는 chip은 단순 폐기용 차원이 아닌 미세탄소섬유와 에폭시의 조성으로 이루어져 있다. Chip을 강화재로 활용하기 위해서는 탄소섬유만의 조성을 이루어야 고분자 기지와 계면접착력이 증가될 수 있다. Chip 내 탄소섬유의 길이를 일정하게 하기 위해 막자 사발을 이용한 절단 과정 후 $H_2O_2$를 이용한 표면처리를 하여 탄소섬유에 붙어있는 에폭시를 제거하였다. Chip을 이용하여 페놀수지를 기지로 한 페놀복합재료를 제조하였으며, 내열성 및 난연성 재료로 활용 가능성을 평가하였다. 기존의 페놀보다 표면처리를 한 chip복합재료가 기계적, 열적 물성이 향상됨을 확인하였으며, 젖음성 평가를 이용하여 표면물성에 따른 재료의 물성을 평가하였다. 불균질한 표면 조성에 의해 표면 거칠기가 달라지기 때문에 페놀복합재료의 접촉각이 증가되었다. 난연성 평가는 ASTM D635-06 방법으로 수행하였다. 평가결과, chip의 첨가 및 표면처리의 영향에 의해 난연성이 향상되었다.

• Composites Research
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• 제33권6호
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• pp.383-389
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• 2020

열가소성 복합재료를 적용하여 자동차 도어 임팩트 빔을 설계하고 시생산을 통해 생산성 및 성능을 검증하였다. 자동차 안전법규는 지속적으로 강화되어 왔으며 최근 자동차 산업에서 경량화가 필수 요건이 되면서 고성능 경량 부품에 대한 요구가 크게 증대되고 있다. 본 연구는 섬유강화 열가소성 복합소재를 도입하여 기존 탄소강 제품 대비 경량화 되면서 성능은 향상된 도어 임팩트 빔 개발을 목표로 하였다. 연속섬유 복합재료와 장섬유 복합재료(LFT)를 혼합 적용한 도어 임팩트 빔 제작 공정을 제시하며, 생산성이 우수한 인서트 사출 공정을 활용하여 구현하였다. 시생산된 도어 임팩트 빔은 3점 굽힘 시험을 통하여 성능을 평가하였다. 열가소성 복합재료는 경량화 설계와 함께 높은 생산성 구현이 가능하여 다양한 자동차 부품으로 복합소재의 적용을 확대시킬 것이다.

• 폴리머
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• 제24권6호
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• pp.860-868
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• 2000

본 연구에서는 섬유등급, 배향각 및 적층방법을 달리하여 제조한 탄소섬유강화 복합재료의 제조변수에 따른 전자파 차폐 특성에 관하여 고찰하였다. 그 결과, 탄소섬유강화 복합재료의 전자파 차폐효과는 섬유의 배향각도에 크게 좌우되었다. 특히 0$^{\circ}$의 배향각에서는 섬유의 등급에 따른 영향을 나타내었으며, 동일한 탄소섬유라 할지라도 배열방향에 따른 전기적 성질의 변화, 즉 전기적 이방성이 클수록 차폐효과는 커졌다. 각각의 적층방법에 따라 제조된 모든 시편은 83~98%의 차폐효과를 나타내었으나, 대칭구조와 비대칭구조에서는 적층각도가 커짐에 따라 차폐효과가 소폭 감소하였다. 그러나 반복구조에서는 위의 두 가지 구조와는 다른 경향을 나타내었으며, 특히 90$^{\circ}$ 반복구조의 경우 측정 주파수 전 영역에 걸쳐 90% 이상의 차폐력을 나타내었다.

• 공업화학
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• 제1권2호
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• pp.176-181
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• 1990

탄소섬유/알루미늄 복합 재료의 계면 전단 강도를 향상시키기 위하여 탄소섬유 표면을 $400-600^{\circ}C$의 온도 범위에서 황화수소 기체로 처리하였다. 처리 탄소섬유 표면의 변화를 주사 전자 현미경과 X-선 광전자 스펙트럼에 의해 관찰하고 분석하여 표면 처리 탄소섬유의 표면에 황 화합물이 존재하는 것을 확인하고, 표면처리 탄소섬유의 탄소 및 탄소의 함량 변화를 조사하였다. 탄소섬유 표면의 황화수소 기체 처리의 최적 온도는 $550^{\circ}C$였고, 처리 탄소섬유 표면의 황 화합물은 disulfide, $(S)_n$ 및 thiophene의 형태를 이루고 있었다. 처리 탄소섬유는 처리 온도 $400-600^{\circ}C$의 범위에서 5% 정도의 인장 강도 저하를 나타냈다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.137-137
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• 2013

지속 가능한 발전을 위해, 한정된 자원인 석유의 고갈을 막기 위해 석유를 수송에너지로 주로 사용하는 자동차에서 바이오 디젤이나 연료전지, 전기자동차 등 다양한 대안이 제시되고 있다. 그러나 식량 가격 상승, 낮은 안정성, 인프라 확충 등의 문제의 해결이 필요할 뿐만 아니라, 석유의 소비를 감소시키는 대신, 지구에서 소비할 수 있는 다른 형태의 에너지를 소모한다는 측면에서 근본적인 에너지 문제의 해결책의 모색이 필요하다. 19세기 후반, 백열전구의 필라멘트 용도로 사용되기 시작한 탄소 섬유는, 철에 비해 5배 가볍고 강도는 10배가 높으며 내열성이 뛰어난 소재로서, 복합소재의 형태로 제조되어 비행기, 우주선, 풍력 발전 블레이드 등 다양한 산업 분야에서 소재의 장점을 발휘하는 재료로 적용 분야가 확대되고 있다. 특히 비행기 분야에서는 최근 비행기 몸체 구조에 기존 알루미늄 합금을 탄소섬유복합재가 대체하고 있으며, 최근에는 부피 기준 50% 가량까지 탄소섬유 복합재를 사용하여 비행기를 제작하고 있다. 이에 따라 기존에 비해 20% 가량 연료 소모가 감소하여, 비행기 한 대 당 연간 2,700톤의 이산화탄소 배출을 저감하고 있다. 이와 같이 탄소섬유 복합재를 다양한 분야에 적용함으로써, 에너지 문제에 대한 보다 근본적인 접근이 가능하다. 그러나 탄소섬유 복합소재는 금속 등 기존 재료에 비해 높은 가격으로 상용 자동차 등 에너지 소비량이 많은 분야에 널리 적용되는데 한계가 존재한다. 이와 같이 높은 탄소섬유의 가격은, 원가의 50% 가량을 차지하는 PAN 원사 가격과 나머지 반절에 해당하는 안정화/탄화 공정 비용에서 기인하는 것으로, 미국의 ORNL (Oak Ridge National Laboratory), 한국의 KIST 복합소재연구소 등에서는 원사, 안정화 공정, 탄화 공정 등 다양한 측면에서 탄소섬유 복합재의 가격을 절감할 수 있는 방안을 연구 중이다. 미국 ORNL에서는 마이크로웨이브 플라즈마를 이용하여 기존에 열을 이용해 수행하던 탄화 공정 비용을 크게 절감하고 있으며, KIST에서는 대기압 플라즈마를 이용하여 기존에 열을 이용해 2시간 가량이 소요되는 안정화 공정을, 대기압 플라즈마를 이용하여 30분여로 단축된 시간에 수행하는 공정을 개발 중이다. 본 발표에서는 탄소섬유 복합재의 개요와, 탄소섬유 가격 절감 방안으로서의 플라즈마에 대해 논의하며 대기압 플라즈마의 다양한 응용에 대해 소개할 예정이다.

• 접착 및 계면
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• 제10권4호
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• pp.162-168
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• 2009

극저온 온도에서 최적복합재료물성치의 사전 연구로서, 실온과 저온, 즉 $25^{\circ}C$와 $-10^{\circ}C$에서 카본 혹은 유리섬유가 함침된 에폭시 복합재료의 계면 물성치가 미세역학인 시험법을 사용하여 평가되었다. 인장과 압축하중 조건에서 저온에서의 기계적인 강성도가 상온에서의 강성도보다 증대하였다. 실온과 저온에서의 계면전단강도가 에폭시 기지의 인성과 겉보기 강성도를 사용하여 상호 비교하였다. 기지의 강성도 향상으로 인해 계면전단강도가 실온보다 저온에서 높게 나타났다. 유리와 카본 섬유의 인장 강도들의 통계적인 분포가 다른 온도의 범위 평가되었고, 이것들은 섬유의 고유결함과 견고함에 의해서 결정된다.

• Composites Research
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• 제29권5호
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• pp.262-268
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• 2016

본 연구에서는 피치계 탄소섬유기반 탄소종이에 바인더 피치와 PAN계 미분쇄 탄소섬유를 첨가하여 저온탄화를 통해 재함침된 탄소종이를 제작하였으며, 미분쇄 탄소섬유의 첨가가 탄소종이의 기계적 및 전기적 특성과 열전도도에 미치는 영향을 알아보았다. 실험 결과, 인장강도는 미분쇄 탄소섬유 함량 10 wt.%부터 20 wt.%까지 첨가하였을 때 크게 증가하였다. 또한, 미분쇄 탄소섬유 함량이 증가함에 따라 계면접촉저항은 감소하였으며, 전기전도도 및 열전도도는 증가하였다. 이러한 결과는 미분쇄된 탄소섬유의 첨가가 탄소종이의 밀도를 증가시킴에 따라 전기적 및 열적 전달 경로가 형성되었기 때문이라고 판단된다.