• Advanced Composite Materials
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• 제18권2호
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• pp.153-166
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• 2009

A matrix method for evaluating effective electro-magneto-thermo-elastic properties of a generally anisotropic multilayered composite is presented. Physical variables are categorized into two groups: one that satisfies the continuity across the interface between layers and another that satisfies an average inter-layer compatibility (which is also exact). The coupled electro-magneto-thermo-elastic constitutive equation is accordingly reassembled into submatrices, which leads to the derivation of concise and exact matrix expressions for effective properties of a multilayered composite having the coupled physical effects. Comparing the results for a purely elastic multiplayer with those from other theoretical approaches validates the developed method. Examples are given for a PZT-graphite/epoxy composite and a $BaTiO_3-CoFe_2O_4$ multiplayer which exhibit piezo-thermoelastic and magnetoelectric properties, respectively. The result shows how a strong magnetoelectric effect can be achieved by combining piezoelectric and piezomagnetic materials in a multilayered structure. The magnetoelectric coefficient of the $BaTiO_3-CoFe_2O_4$ multiplayer is compared with those for fibrous and particulate composites fabricated with the same constituents.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.172-175
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• 2009

A bipolar plate is an important component in a fuel cell in the sense of cost and weight. This study aimed at developing highly conductive, lightweight, and low cost bipolar plates. Hybrid carbons filled poly(phenylene sulfide)(PPS) composite bipolar plates were prepared by using the compression molding technique. Various types and amounts of conducting carbon fillers such as graphite, carbon black, carbon fibers, and carbon nanotubes (CNTs) were adopted for the composites. Electrical conductivity and mechanical properties of the composites were measured in order to investigate effects of each components of fillers. When the graphite is only used as a conducting filler, the electrical conductivity of the composites increases with increasing the content, but the flexural strength decreases dramatically. However, for CNTs and carbon fibers, the flexural strength initially increases and then decreases with increasing the amount of the conducting fillers. The amount of graphite corresponding to the peak of flexural strength was moved to lower content with increasing the amount of CNTs or carbon fiber. When hybrid conducting fillers such as fibrous and particulate fillers were used, the synergy effect in mechanical and electrical properties was observed.

• Advanced Composite Materials
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• 제18권4호
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• pp.381-394
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• 2009

The kinetics of centrifugal infiltration of fibrous tubular preform is built theoretically, and simulations are conducted to study the effects of various casting conditions on infiltration kinetics and macrosegregation by combining with the energy, mass and kinetic equations. A similarity way is used to simplify the one-dimensional model and the parameter is ascertained by an iterative method. The results indicate that the increase of superheat, initial preform temperature, porosity tends to enlarge the remelting region and decrease copper solute concentration at the infiltration front. Higher angular velocity leads to smaller remelting region and solute concentration at the tip. The pressure in the infiltrated region increase significantly when the angular velocity is much higher, which requires a stronger preform. It is observed that the pressure distribution is mainly determined by the angular velocity, and the macrosegregation in the centrifugal casting is greatly dependent on the superheat of inlet metal matrix, initial temperature and porosity of the preform, and the angular velocity.

• Coupled systems mechanics
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• 제11권1호
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• pp.15-32
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• 2022

The comprehensive understanding of the fiber reinforced polymer behavior requires the use of advanced non-destructive testing methods due to its heterogeneous microstructure and anisotropic mechanical proprieties. In addition, the material response under load is strongly associated with manufacturing defects (e.g., voids, inclusions, fiber misalignment, debonds, improper cure and delamination). Such imperfections and microstructures induce various damage mechanisms arising at different scales before macrocracks are formed. The origin of damage phenomena can only be fully understood with the access to underlying microstructural features. This makes X-ray Computed Tomography an appropriate imaging tool to capture changes in the bulk of fibrous materials. Moreover, Digital Volume Correlation (DVC) can be used to measure kinematic fields induced by various loading histories. The correlation technique relies on image contrast induced by microstructures. Fibrous composites can be reinforced by different fiber architectures that may lead to poor natural contrast. Hence, a priori analyses need to be performed to assess the corresponding DVC measurement uncertainties. This study aimed to evaluate measurement resolutions of global and regularized DVC for glass fiber reinforced polymers with different fiber architectures. The measurement uncertainties were evaluated with respect to element size and regularization lengths. Even though FE-based DVC could not reach the recommended displacement uncertainty with low spatial resolution, regularized DVC enabled for the use of fine meshes when applying appropriate regularization.

• Composites Research
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• 제12권2호
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• pp.70-81
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• 1999

고분자 복합재료 제조공정인 수지이동성형(RTM) 공정은 최근 들어서 고성능 재료를 필요로 하는 항공산업분야에서 관심의 대상이 되고 있다. 본 연구에서는 유한요소/관할부피 기법을 도입한 수치모사를 통해서 수지이동 성형공정에서의 금형충전단계를 해석하였다. 섬유직조망의 투과계수를 정량적으로 측정하고, 또한 수치모사에 이용된 프로그램을 검증하기 위하여 유동가시화 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 강화섬유와 수지물질로는 여러 가지 형태의 섬유직조망과 실리콘 기름을 선택하였다. 수치모사와 유동가시화 실험을 병행함으로써 섬유직조망의 구조, 금형의 구조, 금형삽입체가 금형충전단계에서의 수지 유동선단의 형태에 미치는 영향을 살펴보았다. 모델링에 의해 예측된 유동선단은유동가시화 실험을 통해 관찰된 결과와 잘 일치한 것으로 나타났으나, 금형내 불균일한 섬유부피분율로 인해 섬유조직망의 투과계수가 전 영역에서 일정한 값을 가지지 못하기 때문에 약간의 차이를 보여주었다. 원형의 구조물이 금형내에 삽입되어 있는 경우, 월드라인의 위치를 예측된 유동선단으로부터 정성적으로 추정할 수 있었다.

• Composites Research
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• 제35권1호
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• pp.23-30
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• 2022

폴리카보실란은 탄화규소 섬유 방사와 세라믹 제조를 위해 필요한 중요한 전구체이며, 이 전구체는 제조방법 및 공정에 따라 고내열성 및 내산화성 및 연속적인 탄화규소 섬유 생산 능력이 달라진다. 탄화규소 섬유는 폴리카보실란의 합성, 정제 및 분자구조제어기술, 그리고 이를 이용한 용융방사 및 안정화, 열처리 공정을 통해 제조된다. 본 논문에서는 폴리카보실란 전구체를 다양한 용매처리를 통하여 전구체 내에 존재하는 미반응물 및 저분자량의 정제효과를 파악하였으며, 또한 다양한 온도에서의 열처리에 따른 폴리카보실란 전구체의 중합 및 네트워크 재배열에 의한 변화에 대해 열적 분석을 실시하였다. 특히, 폴리카보실란 전구체의 유변물성 특성을 통해 용매처리 및 열처리에 따른 복합점도 및 구조적 배열의 변화를 분석하였다.

• Composites Research
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• 제36권2호
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• pp.126-131
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• 2023

기존의 상용 플라스틱으로 인한 환경 오염에 대한 우려가 높아지면서 대체 재료로서 생분해성 고분자에 대한 연구가 주목을 받고 있다. 본 연구는 생분해성 열가소성 수지인 폴리 젖산에 유기 핵제의 도입으로 물성 강화 및 100% 생분해 가능한 나노복합재 개발을 목표로 한다. 그에 따라 무기 핵제의 대체재로 친환경 소재인 셀룰로오스 나노섬유를 채택하였다. 폴리 젖산 내 셀룰로오스 나노섬유의 균일한 분산을 위해 동결 건조 방식으로 나노화된 섬유 형상을 유지시켰으며, 이축압출기로 1차 교반을 진행하고, 사출 성형을 통해 이중 교반된 물성 시험용 시편을 제작하였다. 보강된 결정성을 확인하기 위해 시차주사 열량분석법을 사용하였고 1 wt%의 셀룰로오스 나노섬유가 보강재 및 핵제로서 작용하여 냉결정화온도가 약 14℃ 가량 감소하며, 결정화되는 정도 또한 증가한 것을 확인하였다. 본 연구는 기존 생분해성 고분자의 무기 핵제를 유기 나노소재로 대체함으로써 100% 생분해 가능한 친환경 나노복합재 개발하여 강화된 물성의 플라스틱 소재 개발을 위한 친환경적 대안을 제시한다.

• Composites Research
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• 제31권1호
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• pp.17-22
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• 2018

장섬유 복합재료(Long Fiber Prepreg Sheet; LFPS)는 기존 연속섬유로 구성된 섬유 강화 복합재료에 비해 우수한 생산 효율과 성형성을 가지고 있다. 섬유 강화 복합재료가 타 재료와 혼성으로 사용이 되는 경우 이종 재료의 체결을 위해 접착 방법을 사용하게 되며, 접착부의 강도는 혼성 구조물의 강도를 결정하기 때문에 복합재료 접합부의 설계는 중요하다. 본 연구에서는 동시에 경화된 LFPS와 알루미늄의 접합부를 다양한 표면처리 조건과 온도 및 수분 환경조건에 따른 접착 특성을 평가하였다. 표면처리 기법으로는 기계적인 방법인 연마와 플라즈마 표면처리를 대상으로 하였다. 다양한 표면처리가 적용된 접착 조인트는 단면 겹치기 접착 조인트를 사용하여 실험하였다. 여러 조건들에서 접착 강도가 평가되었고 가장 적절한 조건이 도출되었다.

• Composites Research
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• 제12권2호
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• pp.10-25
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• 1999

Fragmentation 시험법에 의한 섬유상 복합재료의 계면적 특성에 대한 새로운 평가방법이, 순차적으로 섬유간의 간격이 변하게 된 단계적 다섬유 복합재료를 사용하여 제시되었다. 섬유간의 간격이 증가함에 따라, 부서진 섬유들의 형상비는 감소하였으며, 섬유와 기지간의 계면전단강도는 증가함을 보여주었다. 섬유간 거리의 역수를 취했을 때에, 형상비와 계면전단강도 모두가 포화되는 값을 보여주었다. 이것은 단계적 다섬유 복합재료가 형상비에서의 상한값을 나타내고, 계면전단강도에서 하한값을 보여준다는 것을 의미한다. 이 fragmentation 시험법은 복합재료의 평가에 새로운 방법이 될 수 있다. 왜냐하면, 이 두 한계값의 차이를 줄이는 것이 복합재료의 강화에 효과적이기 때문이다. 또한, 섬유 파괴점 부근에서의 섬유응력 분포와 위의 결과를 관련시키기 위해 탄송-소성 유한요소 해석이 행해졌다. 단계적 다섬유 복합재료 시험에서 얻어진 한계값은 그룹형태의 다 섬유 파괴에 의해 야기된 응력집중과 밀접하게 관련되어 있다는 것이 입증되었다.

• Elastomers and Composites
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• 제34권2호
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• pp.113-120
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• 1999

기능성고분자의 가장 대표적인 것으로 전도성 고분자를 꼽을 수 있다. 상업화된 전도성 고분자 제조법으로서 전도성 물질의 충진에 의한 방법이 널리 사용되고 있지만 전도성 기능이 강하게 나타나지 않아 연구 개발 중이다. 이러한 이유중의 하나로 카본블랙과 고분자수지의 컴파운딩에 대한 이해 부족이 지적되고 있어, 본문은 전도성 카본블랙을 이용한 컴파운딩에 대한 기술 개발을 중심으로 이루어졌다. 연구 결과 섬유모양의 카본블랙이 고무가공 면에서 쉽지가 않았으나 전도성 면에서는 구 모양과 막대모양의 카본블랙 보다 우수한 결과를 나타내었다. 따라서 섬유모양 카본블랙과의 가공성을 높이기 위하여 oil을 첨가하여 가공한 결과, 물성면에서는 약간 뒤떨어지나 가공성이 향상되었으며 전도성 면에서도 우수한 결과를 나타났다. 또한 용액가공에 대한 연구를 용융가공과 비교하면서 수행하였다.