고온가압소결으로 제조된 SiCf/SiC 복합체는 부식과 침식에 강하고 우수한 열적 성질과 고온에서의 높은 기계적 강도를 유지하는 장점을 가진 복합체다. 복합체의 파괴인성은 섬유와 기지 사이에 존재하는 열분해탄소 (PyC) 계면층에 의해 큰 영향을 받는데, 고온가압소결중 첨가되는 소결조제 ($Y_2O_3$, MgO, $Al_2O_3$)와 반응하여 계면이 손상되어 복합체의 기계적 특성치가 낮아지는 결과를 보였다. 본 연구에서는 계면의 손상을 보호하고자 PyC 계면상 위에 SiC 층을 증착하였는데 계면층과 SiC 층의 증착은 화학기상 증착법(CVD)을, 기지채움 공정은 전기영동법(EPD)과 고온가압소결방법(Hot Pressing)을 이용하여 복합체를 제조하였다. Tyranno-SA 섬유에 소스가스인 메탄을 열분해 하여 200nm 두께로 PyC 계면상을 증착하고, 두께를 달리하여 보호층으로써의 SiC 층을 single 과 double layer로 증착하였다. SiC 나노분말과 소결 첨가제인 $Y_2O_3$, $Al_2O_3$, MgO를 첨가한 슬러리를 전기영동법(EPD)을 이용하여 섬유내부에 슬러리를 함침시켰고, 이러한 프리폼을 $1750^{\circ}C$/20MPa의 조건으로 고온 가압소결 하여 $SiC_f$/SiC 복합체를 제조하였다. 이렇게 single layer와 double layer로 제조된 $SiC_f$/SiC 복합체에 대해 밀도와 미세구조를 관찰하였고, 기계적 특성을 비교하여 보호층으로써의 SiC 증착효과를 고찰하고자 하였다.
팽창진주암(expanded perlite)과 섬유상 해포석(sepiolite)과의 복합화를 통해 유연성을 지닌 세라믹 발포체의 제조가능성을 조사하였다. 무기광물 섬유 해포석의 해섬처리는 팽창진주암과 해포석으로 이루어진 세라믹발포체의 제조를 위해 가장 중요한 전 처리공정이다. 해섬된 해포석과 팽창진주암은 혼합 교반되어 슬러리 상태로 이루어지며, 이 슬러리상의 복합물은 $300^{\circ}C$ 이하의 저온 열처리과정을 통해 형상화 및 발포화되어 괴상의 발포체로 제조된다. 슬러리상 복합물의 열처리공정은 슬러리 복합물 중에 잔존하는 수분의 증발단계, 일정발포온도에서 발포화제가 분해되어 진행되는 발포화단계 및 발포 후 잔류되는 유기물질의 분해제거단계를 포함하는 것으로 설계되어야 한다. 열처리 공정조건과 발포제는 상관성이 있으며 팽창진주암과 해포석섬유로 이루어진 슬러리상 혼합물의 발포에 적절한 발포제는 유기계 발포제가 적절하며 DSS (dioctyl sodium sulfosuccinte)가 효과적이었다.
섬유강화 복합재료(Fiber Reinforced Polymers, FRP)는 우주, 항공, 국방 분야에서 주로 활용되어져왔고, 현재는 선박, 자동차, 화학공정, 건축자재, 스포츠 용품 등 다양한 분야의 산업 전반까지에 널리 활용되어지고 있다. 이들 복합재료를 기반시설물에 대한 구조적 재료로 사용함에 있어서 가장 유념해야 할 것은 복합재료의 높은 인화성과 낮은 열 저항성이다. 따라서 고온환경 하에 복합재료의 재료적 성질변화에 대한 연구가 필요한데 본 연구에서는 주변온도와 수지(resin)재료 변화에 따른 복합재료 물성치 및 거동변화를 알아보기 위하여 약 30분 동안 상온부터 250까지의 온도조건에서 복합재료의 인장시험 규격인 ASTM D3039/D3039M의 절차에 따라 인장시험을 수행하였다. 본 연구결과 고온인장시험을 통하여 복합재료의 역학적 성질이 온도의 증가에 따라 점진적으로 감소하였는데 이는 주로 매트릭스의 열분해 및 연소과정으로 인한 분해과정에 기인한다. 또한 구조물의 거동변화에 있어서 수지(resin)에 따른 물성치 변화 특성은 구조물의 처짐 거동에 있어 상대적으로 큰 변화를 보여주었다.
섬유상의 $Na_xTi_nO_{2n+1}$는 층상구조의 $H_2Ti_4O_9{\cdot}nH_2O$에대한 $H^+/Na^+$의 이온교환에 의해서 합성되었다. 이온교환 반응은 0.5~2.0 M NaOH 용액에서 이루어졌으며, 2.0 M NaOH의 용액에서 이온 교환할 때 73%가 치환되었다. 이 때 길이가 $10{\sim}20{\mu}m$이고 직경이 약 $0.7{\mu}m$인 비교적 균일한 형태의 섬유상을 얻을 수 있었다. 그리고 층상구조의 티탄산나트륨에 대한 상전이는 열분석을 통해 확인하였으며, 이 결과 $Na_xTi_nO_{2n+1}$ 섬유는 $200{\sim}600^{\circ}C$의 온도에서 $Na_2Ti_6O_{13}$과 $TiO_2$로 분해되었다.
목적: 법랑기질 유도체(EMD)가 사람 치주인대 줄기세포(hPDLSC)의 조직 형성능에 미치는 영향을 in vitro와 in vivo 분석 모델을 이용해 평가한다. 재료 및 방법: hPDLSC를 배양하여 운반체와 함께 면역 억제된 쥐 등에 이식하였다; (1)대조군: EMD 처치하지 않은 운반체에 심어진 hPDLSC군 ($EMD^-/hPDLSC^+$), (2)실험군: EMD 처치한 운반체에 심어진 hPDLSC군 ($EMD^+/hPDLSC^+$). 각 군당 5마리씩 시행하고 8주 후 희생하였다. 조직학적, 조직계측학적 분석을 통해 형성된 백악질의 면적과 백악세포의 수 그리고 샤피 섬유의 수를 계측하였으며 면역조직화학적 분석을 통해 백악질과 교원질 형성을 평가하였다. 또한 in vitro에서 hPDLSC의 수용성 교원질과 glycosaminoglycan 형성에 대한 EMD의 효과를 분석하였다. 결과: 조직학적 분석에서 교원질성 치주 인대 조직이 실험군에서 현저하게 많이 생성된 것을 관찰할 수 있었다. 형성된 백악질의 면적과 백악세포의 수는 군 간 차이가 없었으나, 새롭게 형성된 샤피 섬유의 수는 실험군에서 대조군보다 유의하게 많았다(p<0.05). 교원질 형성에 대한 면역조직 화학적 분석 결과, 실험군에서 I, III형 교원질과 hydroxyproline의 발현이 높았다. 또한 in vitro에서 hPDLSC에 의한 수용성 교원질과 glycosaminoglycan 형성이 EMD의 농도에 비례하여 증가하였다 (p<0.05). 결론: EMD는 hPDLSC에 의한 샤피 섬유 및 교원질 생성을 증가시키고, 이는 새로운 백악질의 기능적 부착과 치주조직 재생에 중요한 역할을 한다.
탄소 섬유 강화 복합재료 성형 시 섬유는 열변형이 거의 없는 반면에 수지는 시간 및 온도변화에 따라 물성이 변화하며 제품에 잔류응력이 발생한다. 잔류응력의 원인은 경화 과정에서의 섬유와 수지의 열팽창 계수 차이, 수지의 화학 수축이며 이로 인해 스프링 인, 뒤틀림 등의 열 변형이 발생한다. 열 변형은 제품의 품질을 결정하는 주요한 요인으로 복합재료 공정에 있어 반드시 고려되어야 한다. 본 연구는 잔류응력에 의한 열 변형을 예측하기 위해 3-D 점탄성 모델을 적용하여 서브루틴을 제작하고 기존의 2-D 점탄성 모델의 평판 유한 요소 해석결과와 비교해 유한 요소 해석 기법을 검증하였다. 검증된 기법으로 L-형상 구조를 해석하여 스프링 인 현상을 예측, 분석하였다.
본 연구에서는 리오셀 섬유를 사용하여 탄소직물을 제조함에 있어, 인계 난연제인 Phosphoric Acid(PA)와 가교제인 Melamine resin (MR)을 사용하여 섬유의 전처리를 수행하고 TGA, FT-IR, XRD, 중량 분석을 통하여 물리적, 화학적 구조 변화에 대하여 고찰하였다. 전처리를 통하여 내염화 및 흑연화된 직물의 경우 미처리 직물과 비교하여 중량 수율이 14.7%, 직물 폭과 길이의 수율이 각각 15%, 15.5% 증가함을 확인하였다. 이러한 결과는 셀룰로오스의 탈수반응을 촉진과 함께 섬유 표면에 char를 형성하고, 셀룰로오스 분자 내의 가교반응을 유도하여 내염화 시 안정한 구조 형성에 의한 효과로 설명할 수 있다.
본 연구에서는 유기 규소 폴리머(organosilicon polymer)인 폴리카보실란(polycarbosilane, PCS)을 사용하여 비정질 탄화규소 블록을 제조를 진행하였다. 다양한 형상의 치밀한 탄화규소 블록은 큐어링된 PCS 미세분말을 일축가압성형기를 통해 2~8 ton 하중을 가한 후 1100℃, 1200℃, 1300℃, 1400℃의 열처리 과정을 거쳐 제조되었으며, 물리적 화학적 특성 분석을 위해 열중량분석기(TGA), 주사전자현미경(SEM), 에너지분광분석법(EDS), 만능시험기(UTM)을 이용하였다, 제조된 탄화규소 성형체는 열분해 온도가 증가함에 따라 SiO와 CO 가스로의 분해가 발생하였고, 비정질의 구조에서 β-SiC 결정입자가 성장함을 보였다. 또한, 밀도와 굴곡강도는 1100℃의 열분해 온도에서 제조된 탄화규소 성형체가 1.9038 g/㎤과 6.189 MPa으로 가장 높았다. 제조된 비정질 탄화규소 블록은 이전에 보고된 마이크로파 도움 발열체와 같이 다른 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.
본 연구에서는 Cu 촉매가 도입된 활성탄소섬유를 제조하여 고효율 $SO_2$ 흡착재를 제조하였다. 라이오셀 섬유를 내염화 및 탄화공정을 통해 탄소섬유를 얻었으며, $SO_2$ 흡착능을 향상시키기 위해 KOH 활성화를 사용하여 높은 비표면적 및 균일한 미세기공구조를 부여하였다. 활성탄소섬유에 Cu 촉매를 도입하기 위하여 $Cu(NO_3)_2{\cdot}3H_2O$ 수용액을 사용하였으며, 공정 시 i) 탄소섬유 내 산소 관능기의 분해반응을 촉진하고, ii) 산화구리 및 질산염의 분해로 oxygen radical이 생성되어 탄소섬유의 활성화 반응을 촉진시켰다. 이로 인해 활성탄소섬유의 미세공과 중기공 형성효과 및 탄소섬유 표면에 고르게 분산된 Cu 촉매를 확인하였다. Cu 촉매 도입 후, 활성탄소섬유에 비해 비표면적 및 미세공의 비율이 약 10% 이상 증가되었고, $SO_2$ 흡착능이 149% 이상 향상된 결과를 얻을 수 있었다. Cu 촉매도입공정 시, 전이금속 촉매효과에 의하여 발달된 미세공, 중기공 및 비표면적에 의한 물리적 흡착과 도입된 Cu 촉매에 의한 $SO_2$ 가스의 화학적 흡착반응의 시너지 효과에 기인하여 $SO_2$ 흡착능이 향상된 것으로 사료된다.
폴리프로필렌(polypropylene, PP)과 대나무 섬유(bamboo fiber, BF) 복합체의 물성에 미치는 상용화제의 영향을 고찰하기 위해 이축압출기를 이용하여 PP/BF 복합체를 제조하였다. BF의 함량은 10에서 25 wt%로 변량하였고, 상용화제는 3 wt%로 고정하였으며, 폴리프로필렌과 대나무 섬유와의 혼화성 증대를 위한 상용화제는 무수말레인산(maleic anhydride, MAH)이 그라프트된 PP-g-MAH를 사용하였다. 상용화제를 적용한 복합체의 화학구조는 적외선 분광 스펙트럼의 $1700cm^{-1}$ 근처에서 나타나는 카르보닐기(C=O) 신축진동 피크의 존재 여부를 통해 확인하였으며, 압출온도와 스크류 회전속도는 기계적 물성과 탄화 정도를 고려하여 210, 100 rpm으로 선정하였다. PP/BF 복합체의 용융거동은 큰 차이를 보이지 않았지만 결정화 온도는 $10-20^{\circ}C$ 정도 증가를 나타내었고, 이는 BF가 불균일 핵제로 작용하기 때문으로 해석할 수 있다. 인장시험, 굴곡시험을 통해 BF의 함량이 15-20 wt%일 때 상용화제의 효과가 뚜렷하게 나타나는 것을 확인하였고, 이는 PP와 BF의 계면 접착특성으로 설명할 수 있다. 계면 접착특성 향상은 파단면의 SEM 사진과 접촉각을 통해 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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