• International Journal of Ocean System Engineering
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• 제3권3호
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• pp.142-146
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• 2013

In this study, the effect of Carbon/PEEK composites on the tribological properties has been investigated. Also, its validity has been tested in the capacity of alternative materials of the Ti-based materials used for artificial hip joint. Moreover, this work evaluated the mechanical properties according to the fiber ply orientation, along with the fractured surfaces of the carbon/PEEK composites. The composites with a unidirectional orientation had higher tribological properties than those with a multidirectional orientation. This was caused by the debonding between the carbon fiber and the PEEK, which was proportional to the contact area between the sliding surface and the carbon fiber. The friction test results showed that there were no significant differences in relation to the fiber ply orientation. However, the friction properties of the carbon/PEEK composites were higher than those of the carbon/epoxy composites. In addition, the results showed that a composite that slid in a direction normal to the prepreg lay-up direction had a smaller friction coefficient than one that slid in a direction parallel to the prepreg lay-up direction.

• International Journal of Ocean System Engineering
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• 제3권3호
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• pp.147-151
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• 2013

This study was to correctly estimate the friction and wear behavior of carbon fiber and PEEK sheet composites, and the validity of using them as alternatives to the metal-based materials used for artificial hip joints. Moreover, this work evaluated the friction coefficient according to the fiber ply orientation, along with the fractured surfaces of the carbon/PEEK composites. The unidirectional composites had higher friction coefficients than those multidirectional composites. This was caused by the debonding between the carbon fiber and the PEEK sheet, which was proportional to the contact area between the sliding surface and the carbon fiber. The friction test results showed that there was no significant differences in relation to the fiber ply orientation. However, in a case where the speed was 2.5 m/s, the friction coefficient was relatively large for configuration I. The friction surface of the specimen was analyzed using an electron microscope. In all cases, the debonding of the fiber and PEEK could be confirmed.

• International Journal of Ocean System Engineering
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• 제3권3호
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• pp.152-157
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• 2013

This study, a new concept design of the stem and aims to determine the suitability of various carbon/PEEK composite designs for artificial hip joints. Shear stress tested with alternative materials of the Ti-based stem for artificial hip joints. In addition, FEA is conducted according to the fiber ply orientation and the load condition for carbon/PEEK composites. The stem shape of two types was designed through the shape normal of the femur. Multidirectional load cases were used for each FEA model. In the case of general shape, the results show that the stress of ply orientation case II was lower than for cases I and III. On the other hand, in the case of the curved shape, ply orientation case I was lowest. In the case of the Ti stem, the stress of the curved shape was 18% lower than the general shape.

• 접착 및 계면
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• 제9권3호
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• pp.7-13
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• 2008

열전도도가 유사한 입자형 필러인 silicon carbide (SiC)와 섬유형 필러인 carbon fiber (CF)를 polyetheretherketone (PEEK) 고분자에 첨가하여 복합재료의 열확산도에 미치는 영향을 연구하였다. 전자현미경을 통해 얻은 단면사진으로부터 SiC와 CF가 PEEK 매트릭스 안에 균일하게 분산되어 있고 필러들이 부분적으로 서로 네트워크를 형성한 것을 관찰하였다. 레이저 섬광법을 이용하여 상온에서 $200^{\circ}C$까지 PEEK/SiC와 PEEK/CF 복합재료의 열확산도를 측정하였으며, 열확산도는 온도가 상승함에 따라 PEEK-필러와 필러-필러 계면에서의 포논산란 증가에 의하여 감소하였다. 필러함량이 증가함에 따라 복합재료의 열확산도가 증가하였으며, 2상계에 대하여 유도된 Maxwell 및 Nielson 예측식을 실험값과 비교함으로써 매트릭스 내의 필러 분포, 방향성, 종횡비 및 필러간의 상호작용 등을 유추할 수 있었다. Nielson 예측식은 PEEK/SiC 복합재료에 대하여 열전도도를 잘 예측하였다. 입자형 필러인 SiC에 비하여 섬유형 필러인 탄소섬유가 동일한 함량에서 열확산에 기여하는 필러 네트워크를 효과적으로 형성하여 높은 열확산도를 가지는 것으로 추정된다.

• Composites Research
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• 제34권6호
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• pp.421-425
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• 2021

본 연구에서는 동일한 열가소성 수지(PEEK)와 각기 다른 탄소섬유(Type A, Type B) UD 테이프를 이용하여 열가소성 복합재를 제작하고 제작된 각각 2개의 복합재를 유도가열 용접방식에 따라 접합 특성 및 기계적 특성에 대하여 고찰하였다. 복합재의 접합 특성과 기계적 특성은 비파괴검사인 C-Scan, B-Scan과 전단 강도(Single lap shear)를 각각 측정하였고, 열화상 카메라를 이용하여 시편 표면의 온도를 모니터링 하였다.

• Composites Research
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• 제16권2호
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• pp.33-40
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• 2003

본 논문은 열경화성수지 적층 복합재료의 낮은 충격 특성과 층간 분리 현상을 개선하고자 열가소성 수지 및 3차원 직조 프리폼을 사용한 복합재료 제조와 물성 특성화에 대한 것이다. 새로운 기술인 co-braiding 성형법으로 열가소성 PEEK 섬유와 탄소섬유를 혼합한 섬유를 제조하였으며. 층간 분리 억제 특성을 현저하게 향상시키기 위하여 두께방향의 섬유를 가지는 3차원 직조형 프리폼을 제조하였다. 혼합섬유로 제조된 프리폼에 열성형 공정을 적용함으로써 열가소성 복합재료를 제조하였으며. 혼합섬유의 PEEK 섬유는 용융온도에서 용융되어 탄소섬유 사이로 함침이 완벽하게 일어남을 확인하였다. 또한, APC-2/AS4 프리프레그를 사용한 준 등방 적층 복합재료를 제조하여 3차원 직조형 열가소성 복합재료의 특성과 비교하였다. 항공기 소재로서의 적용 가능성을 알아보기 위하여 open hole 인장시험, 충격시험, 및 충격 후 압축시험 등의 결과를 통하여 3차원 직조형 열가소성 복합재료는 기존의 적층 복합재료보다 우수한 내 충격성 손상허용치를 가짐을 보였다.

• Composites Research
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• 제34권3호
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• pp.186-191
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• 2021

요추에 퇴행이 발생하였을 때 이를 치료하기 위해 요추 유합술이 시행된다. 유합술은 척추체 사이의 추간판을 제거하고 뼈 그래프트 등을 삽입하여 굳혀 하나 이상의 분절을 완전히 고정시켜 척추의 안정성을 복원한다. 둘 이상의 척추체가 단단히 유합될 수 있게끔 척추체를 고정하는 수단으로 척추경 나사못과 연결봉이 환자의 체내에 삽입된다. 본 연구에서는 중증 요추 퇴행성 질환의 치료에 쓰이는 척추 유합술에서 사용하는 척추경 나사못 구조물이 적용된 총 7개의 환자 맞춤형 요추 유한 요소 모델을 생성하였다. 생성한 모델에 각각 티타늄과 CFR-PEEK로 구성된 연결봉을 구성하였다. 척추의 4가지 대표적 거동에 대해 유한요소해석과 통계적 분석을 진행하여 연결봉의 재질이 척추 상태에 미치는 의공학적 영향을 조사하였다. 인접 분절의 추간판 내 압력과 각 분절의 관절 구동 범위가 의공학적 영향을 확인하기 위한 지표로 사용되었다. 연결봉에 CFR-PEEK를 사용한 경우 Ti 연결봉에 비해 인접 분절의 추간판 내 압력은 감소하였고 각 분절의 관절 구동 범위는 증가하였다. 그러나 모든 하중조건에서 통계학적으로 유의미한 경향성 차이는 관찰되지 않았다.

• KCI Concrete Journal
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• 제12권1호
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• pp.57-68
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• 2000

The effect of structure size on the nominal strength of unidirectional fiber-polymer composites, failing by propagation of a kink band with fiber microbuckling, is analyzed experimentally and theoretically. Tests of novel geometrically similar carbon-PEEK specimens, with notches slanted so as to lead to a pure kink band (without shear or splitting cracks), are conducted. The specimens are rectangular strips of widths 15.875, 31.75. and 63.5 mm (0.625, 1.25 and 2.5 in and gage lengths 39.7, 79.375 and 158.75 mm (1.563, 3.125 and 6.25 in.). They reveal the existence of a strong (deterministic. non-statistical) size effect. The doubly logarithmic plot of the nominal strength (load divided by size and thickness) versus the characteristic size agrees with the approximate size effect law proposed for quasibrittle failures in 1983 by Bazant This law represents a gradual transition from a horizontal asymptote, representing the case of no size effect (characteristic of plasticity or strength criteria), to an asymptote of slope -1/2 (characteristic of linear elastic fracture mechanics. LEFM) . The size effect law for notched specimens permits easy identification of the fracture energy of the kink bandand the length of the fracture process zone at the front of the band solely from the measurements of maximum loads. Optimum fits of the test results by the size effect law are obtained, and the size effect law parameters are then used to identify the material fracture characteristics, Particularly the fracture energy and the effective length of the fracture process zone. The results suggest that composite size effect must be considered in strengthening existing concrete structural members such as bridge columns and beams using a composite retrofitting technique.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.23-29
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• 2018

무릎 임플란트에서 접촉압력이 마모에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 본 연구기관에서 개발한 무릎 임플란트 모델을 이용하여 유한요소해석을 하였다. 연구와 산업에서 실제로 사용하는 조합을 이용하여 총 10가지의 무릎 임플란트의 재료조합에 대한 접촉압력을 분석하였다. 무릎이 30도, 45도 60도 기울어져있을 때의 하중을 가하여 접촉압력을 구하였다. 접촉압력을 계산한 결과 티타늄합금-UHMWPE 조합에서 가장 작은 접촉압력이 나왔다. UHMWPE의 경우 대퇴골부에 어떠한 재료를 사용하여도 접촉압력이 크게 변하지 않았다. 접촉압력이 가장 큰 조합과 작은 조합을 비교하였을 때 0.77% 차이를 보였다. 반면에 Carbon/PEEK 복합재료의 경우 접촉압력이 가장 큰 경우와 작은 경우를 비교하였을 때 5.3% 차이를 보였다. 이를 통해 Carbon/PEEK 복합재료를 베어링부로 사용할 경우 대퇴골부의 재료가 마모에 영향을 미침을 알 수 있다. 본 연구는 무릎 임플란트 마모예측과 마모를 최소화 연구에 도움이 될 것이라 생각한다.

• Composites Research
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• 제29권5호
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• pp.243-248
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• 2016

열경화성 탄소 섬유 복합재료 분리판은 높은 기계적 특성뿐만 아니라 높은 내산성을 갖으나, 높은 제조단가 및 낮은 자체저항이 극복해야 할 가장 큰 장애물이다. 따라서 본 연구에서는, 열가소성 폴리머를 복합재료 분리판의 기지로 적용하여 분리판 생산성과 자체저항이 모두 증가된 열가소성 탄소 복합재료 분리판을 개발하였다. 전기 전도도 및 기계 강도를 증가시기키 위하여 평직 형태의 탄소 섬유 직물을 사용하였으며, 분리판의 자체 저항을 감소시키기 위하여 전도성 나노입자를 열가소성 기지에 혼합하였다. 개발된 분리판의 면적 비저항 및 기계물성을 고온 연료전지 작동 온도 및 스택의 체결압에 따라 측정하였다.