• 예술인문사회 융합 멀티미디어 논문지
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• 제8권3호
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• pp.579-588
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• 2018

소재들에는 플라스틱 수지와 섬유 및 단일 금속 등으로 만들어진 소재들과 경량 특성들을 가지는 복합소재, 각 소재들의 장점들을 취합하여 내구성을 극대화시키는 방식의 이종재료 등이 있다. 본 연구에서는 경량 복합소재인 CFRP에 주목하여 단일 소재로서 보편적으로 쓰이는 소재들인 스테인리스 강, 알루미늄과의 강도 특성을 CFRP와 비교 및 분석하고, 데이터를 확보하기 위해 각 소재 별로 동일한 규격의 소형 인장 시험편(C-T specimen)을 설계하여 시뮬레이션 인장 해석 연구를 수행하였다. 연구 결과, CFRP 시험편 모델의 경우 최대 변형량은 약 0.0148mm, 최대 응력은 약 59.104MPa, 최대 변형률 에너지는 약 0.00529mJ로 나타났으며, 스테인리스 강 시험편 모델의 최대 변형량은 약 0.0106mm, 최대 응력은 약 42.22MPa, 최대 변형률 에너지는 약 0.002699mJ로 나타났고, 알루미늄 시험편 모델의 최대 변형량은 약 0.023mm, 최대 응력은 약 33.29MPa, 최대 변형률 에너지는 약 0.00464mJ로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같이 본 연구에서 도출한 데이터들을 향후 복합소재에 대한 연구에서 기초적인 데이터로서 활용하고자 하였다.

• Composites Research
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• 제37권3호
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• pp.170-178
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• 2024

본 연구에서는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)에 얇은 구리 필름(Cu film)이 배치된 hybrid composite이 제안되었으며, 두께방향 열전도도가 최대가 될 수 있는 Cu film 배치조합을 도출하는데 양자 어닐링(Quantum Annealing)이 적용되었다. CFRP의 각 ply와 Cu film간의 상관관계 분석이 유한요소 해석을 통해 수행되었으며, 수행된 결과를 바탕으로 조합 최적화 문제가 정의되었다. 정의된 문제를 양자 어닐링에 임베딩하기 위한 공식화 과정이 진행되었으며 이를 통해 CFRP의 각 ply에 투입될 수 있는 Cu film 수량에 관한 목적함수와 제약조건이 수식으로 구현되었다. 공식화된 수식은 D-Wave 양자 어닐러에 임베딩되기 위해 Ocean SDK(software development kit)와 Leap을 통해 프로그래밍 되었으며, 양자 어닐링 과정을 통해 두께 방향 열전도도가 최대를 만족하는 최적의 Cu film 배치 조합이 도출되었다. 도출된 배치 조합은 투입될 수 있는 Cu film의 수량이 적어질수록 단순한 배치 형태를 나타내었으며, 수량이 많아질수록 세밀한 배치를 보였다. Cu film의 배치 수량에 따라 생성된 최적 조합들은 두께 방향으로의 고유 열전도 경로를 나타내었으며, Cu film의 횡방향 배치 자유도가 두께 방향 열전도도 결과에 민감하게 나타날 수 있음을 보였다.

• Composites Research
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• 제33권6호
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• pp.371-376
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• 2020

접착강도는 표면처리 기술을 통해 향상시킬 수 있다. 가장 일반적인 방법은 기계적인 결합력을 향상시킬 수 있는 접착 표면의 변화이다. 본 연구는 접착면의 레이저 표면 처리가 기계적 결합력에 미치는 영향과 탄소섬유 강화 복합재료(CFRP)의 접착 결합에 대해 설명한다. 1064 nm의 레이저를 활용하여 표면 조도를 패턴화했다. 레이저 샷의 수, 패턴의 방향, 길이가 CFRP/CFRP 단일 조인트의 접착력에 미치는 영향을 인장 시험을 통해 조사했다. ASTM D5868에 따른 시험을 수행하였으며, 파단 후 손상된 표면을 분석하여 결합 메커니즘을 결정했다. 접착 강도의 증가를 위해서는 CFRP 표면에 최적화된 레이저 샷의 수와 조도 깊이가 구성되어야 한다. 인장방향에서의 전단응력을 고려할 때, 접착층의 파단 경로를 길어지게 하는 45°의 방향의 조도가 접착강도의 증가를 야기했다. 그러나 레이저에 의한 조도의 길이는 접착 강도에 크게 영향을 주지 못했다. 레이저를 이용한 접착면의 표면처리는 기계적 결합 메커니즘을 확보하고 CFRP 접착 조인트의 접착 강도를 향상시키는 적합한 방법이라는 결론을 도출할 수 있다. 레이저 처리를 이용한 이점을 완전히 이용하기 위해서는 최적화된 레이저 공정 변수에 대한 연구가 반드시 필요하다.

• 한국철도학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.357-363
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• 2008

본 연구에서는 염수분무환경에 노출된 철도차량 차체용 탄소섬유/에폭시 복합재의 내구성을 조사하였다. 염수환경시험을 위해서는 해수와 가장 유사하도록 5% 염화나트륨 염수용액을 제조하여 사용하였다. 본 연구에 적용된 시편은 T700 탄소섬유직물을 에폭시 수지에 함침시킨 형태의 복합재 평판에서 채취하였다. 기계적 특성 시험을 통해 인장특성, 굽힘특성, 전단특성을 평가하였으며 동역학 측정장치를 통해 저장탄성계수, 손실탄성계수, 그리고 tan $\delta$ 등의 열분석 특성을 평가하였다. 또한 적외선 분광분석을 통해 노출기간에 따른 화학구조 변화도 조사하였다. 연구결과에 따르면 강화섬유가 지배적인 역할을 하는 기계적 특성은 염수환경에 영향을 받지 않지만 수지가 지배적인 역할을 하는 기계적 특성은 노출기간이 길어짐에 따라 점차 감소하는 양상을 나타낸다. 저장탄성계수는 노출기간에 큰 영향을 받지는 않지만 유리전이온도는 염수환경에 영향을 받으며 노출기간이 길어지면 감소하는 양상을 나타낸다. FT/IR 선도에서 관찰된 피크의 세기는 노출기간에 다소 영향을 받지만 피크의 형상과 위치는 노출 기간에 따른 변화가 관찰되지 않는다. 이로 미루어 볼 때 본 연구에 적용된 탄소섬유/에폭시 복합재는 염수환경에 비교적 안정함을 알 수 있다.

• Composites Research
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• 제30권4호
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• pp.241-246
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• 2017

취성을 가진 섬유강화플라스틱은 충격을 받을 때 충격에너지를 흡수하면서 섬유와 기지재 간 계면에서 탈착 및 박리가 일어난다. 이는 복합재료의 에너지 충격흡수정도의 지표로 삼을 수 있다. 복합재료의 취성을 해결하기 위해 pine과 복합재료의 접착에 대한 연구가 되어 지고 있다. 이번 연구에서는 열처리 된 pine이 탄소섬유강화복합재료와 에폭시 접착제를 이용하여 접착되었다. 최적의 열처리 조건을 확인하기 위해, pine을 160도 및 200도 조건하에 열처리를 하였다. Pine 및 pine/탄소섬유복합재료의 기계적 및 계면물성을 파악하기 위해 인장, 인장중첩전단 및 아이조드 실험을 하였다. 또한, 열처리에 따른 나뭇결간의 결합력을 확인하기 위해 나뭇결 수직방향으로 인장시편 제조 후 파단될 때 탄성파를 음향방출시스템을 이용하여 분석하였다. 160도 조건으로 열처리 했을 때 나무강화 효과로 기계, 계면 및 나뭇결간의 결합력이 좋은 것을 확인하였다. 그러나 과한 열을 주게 되면 열에 약한 헤미셀룰로오스가 분해되면서 잡아주는 인자가 줄어들어 물성이 감소하였다.

• Composites Research
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• 제33권5호
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• pp.275-281
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• 2020

본 논문에서는 항공기 팬 블레이드에 적용되는 복합재와 금속 간의 접합 구조물에 대한 온도, 습도에 따른 접착제의 물성 변화에 관해 연구하였다. 항공기 운용 시 노출되는 환경 조건을 고려하여 상온 건조(Room Temperature Dry, RTD), 고온 흡습(Evaluated Temperature Wet, ETW), 저온 건조(Cold Temperature Dry, CTD) 세가지 환경에서 강도 시험을 수행하였다. 접착전단강도 시험은 ASTM D3528을 기준으로 수행하였고, 파손 영역에 대한 마이크로 구조 특성을 SEM이미지를 통해 분석하였다. 연구 결과에 따르면 RTD 환경에서의 전단강도 대비하여 ETW 환경에서 72.8% 저하되었으며, CTD 환경에서는 56.5% 증가되었다. 이는 고온 및 수분 흡습이 접착제의 기계적 특성에 큰 영향을 미치는 것을 확인했고, 저온 환경에서는 모재와 접착제 모두 취성의 증가로 인해 접착 전단 강도가 향상된 것으로 분석되었다.

• Composites Research
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• 제36권5호
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• pp.355-360
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• 2023

에폭시계 탄소섬유복합재는 고유의 높은 취성특성으로 인해 산업 응용에 적합성에 한계로 인성 특성을 향상시키기 위한 광범위한 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 최소 함량을 활용하는 데 중점을 두고 PA6입자(pPA6)와 CTBN에 의한 인성 메커니즘을 평가하는 데 초점을 맞춰 Mode I 파단 인성 및 인장강도 분석을 통해 다양한 농도의 p-PA6와 CTBN 첨가제, 즉 0.5, 1, 2.5 및 5 phr의 영향을 평가하였다. p-PA6는 1 phr의 비교적 낮은 비율에서 인성이 강화되었으며, 인장강도를 유지하면서 동시에 향상된 인성에 기여하는 지속적인 파단 거동으로 나타났다. 또한, p-PA6의 입자 응집에 영향에 의해 전체적인 인성 메커니즘에 영향을 미치는 것을 확인하였다. CTBN 첨가는 2.5 phr 이상의 높은 농도에서 인성의 증가하나, 인장강도의 감소를 동반하고 취성을 나타내는 기존의 복합재와 유사한 파단 거동을 관찰하였으며, p-PA6, CTBN 두 첨가 기술은 특정 농도 조건에서 인장강도를 미세하게 향상시키는 것으로 확인하였다. 해당 결과를 통해 p-PA6, CTBN 강화 기술 적용에 최적화된 조건이 확립하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.171-178
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• 2019

본 연구는 탄소섬유시트, 아라미드섬유시트, 그리고 유리섬유시트를 혼합한 하이브리드 FRP 플레이트를 제작하였으며, 제작한 보강 플레이트를 보강한 후, 최대한의 휨 보강 효과가 발생되도록 다시 보강 플레이를 긴장시켜 RC보의 휨 보강 효과를 파악하고자 하였다. 또한, 긴장시키는 보강방법을 제시하는 동시에 무보강 실험체에 비해 보강효과가 어느 정도 되는지 실험적으로 규명하기 위해 실험적 연구를 진행하였다. 연구를 위해 총 8개의 RC 보 부재를 동일하게 제작하여 1 개의 실험체(N 실험체)를 제외한 7 개의 실험체는 보강재 종류, 단부 정착 앵커 개수, 보강재 두께 등을 주요 변수로 하여 실험을 실시하였다. 실험결과, 휨 거동을 보이는 실험체에 긴장을 가한 FRP 플레이트로 보강하면, 보강하지 않은 실험체에 비해 우수한 휨거동(초기강도, 항복시 강도 및 강성, 최대강도 등)보여 주었으며, 단부정착 앵커의 개수가 많고, 보강재의 두께(보강량)가 클수록 보강효과가 우수한 것으로 나타났으며, 긴장시킨 보강재는 단일 FRP 플레이트에 비해, 하이브리드 FRP 플레이트를 적용했을 때 보강효과가 더 우수하게 나타났다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권8호
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• pp.889-895
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• 2012

탄소섬유강화(CFRP) 복합재료는 높은 비강성과 비강도 특성을 갖고 있기 때문에 항공기, 자동차 등의 경량화가 요구되는 분야에서 금속재를 대체하여 사용 빈도가 급격히 증가하고 있다. 그 중 항공기의 경우, 동체가 고온 다습한 환경 조건에 노출되는 경우가 많기 때문에 CFRP를 이용한 항공기의 건전성 확보를 위하여 실제 환경에서의 강도 특성을 연구할 필요가 있다. 본 논문에서는 CFRP시험편을 $75^{\circ}C$의 물에 장기간 침지하였으며. 이 시험편을 이용해 침지 기간별로 인장강도를 평가하였다. 또한, SEM을 이용하여 흡습 기간에 따른 파단면의 파괴양상을 분석하였으며 300일간 침지된 시험편에 대해 응력비 R=0.1 조건으로 피로시험을 수행하여, 침지하지 않은 시험편에 비해 피로수명이 크게 저하되는 것을 확인하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제21권4호
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• pp.425-433
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• 2001

복합재료-금속 접착접합부가 사용 중 반복 하중을 받을 때 발생하는 피로 손상도를 음향초음파(acousto-ultrasonics; AU)법과 음향방출(acoustic emission; AE)법을 이용하여 평가하였다. 피로시험에는 단일겹치기(single-lap) 시험편을 사용하였으며, AU법을 통해 취득한 신호로부터 음향초음파변수(acousto-ultrasonic parameters; AUP)와 피로손상과의 상관관계 곡선을 얻고, AE법에서는 누적 AE events를 통한 피로손상과의 상관관계 곡선을 얻어, AU법과 AE법의 결과를 비교하였다. 이 곡선들은 피로손상에 의한 고분자기지 복합재료의 강성 저하$(E/E_0)$를 나타내는 곡선과 매우 유사하며, 이를 바탕으로 피로 손상도의 예측과 잔여 수명의 예측이 가능하다. 또한 피로 하중의 초기 단계와 피로손상의 누적에 의해 급격한 변화가 나타나는 단계의 파형 주파수 성분을 비교하여, 피로 파괴의 마지막 단계에서 나타나는 신호 중에는 본격적인 피로손상에 의해 발생하는 AE 신호 성분이 포함되어 있음을 확인할 수 있었다.