• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 1999년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.194-197
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• 1999

고분자 복합재료는 금속에 비하여 경량, 고강도, 고탄성율 등의 장점을 가지고 있어 여러 산업에서 기존의 금속 재료를 대체할 수 있는 재료로서 그 사용이 점차 증가하고 있다[1-5]. 특히 사회적으로 환경 문제가 대두되면서 열가소성 복합재료에 대한 관심이 높아지고 있으며 이에 대한 연구가 더욱 요구되고 있다. (중략)

• Elastomers and Composites
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• 제58권1호
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• pp.44-56
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• 2023

Additive manufacturing (AM) or three-dimensional (3D) printing of metals has been drawing significant attention due to its reliability, usefulness, and low cost with rapid prototyping. Among the various AM technologies, fused deposition modeling (FDM) or fused filament fabrication is receiving much interest because of its simple manufacturing processing, low material waste, and cost-effective equipment. FDM technology uses metal-filled polymer filaments for 3D printing, followed by debinding and sintering to fabricate complex metal parts. An efficient binder is essential for producing polymer filaments and the thermal post-processing of printed objects. This study involved an in-depth investigation of and a fabrication route for a novel multi-component binder system with steel alloy powder (45 vol.%) ranging from filament fabrication and 3D printing to debinding and sintering. The binder system consisted of polyvinyl pyrrolidone (PVP) as a binder and thermoplastic polyurethane (TPU) and polylactic acid (PLA) as a carrier. The PVP binder held the metal components tightly by maintaining their stoichiometry, and the TPU and PLA in the ratio of 9:1 provided flexibility, stiffness, and strength to the filament for 3D printing. The efficacy of the binder system was examined by fabricating 3D-printed cubic structures. The results revealed that the thermal debinding and sintering processes effectively removed the binder/carrier from the cubic structures, resulting in isotropic shrinkage of approximately 15.8% in all directions. The scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) patterns displayed the microstructure behavior, phase transition, and elemental composition of the 3D cubic structure.

• Composites Research
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• 제34권3호
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• pp.192-198
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• 2021

전기차의 수요 및 보급이 확대됨에 따라 차량 내 이음(buzz, squeak, rattle, BSR) 개선에 대한 요구가 커지고 있다. 이에 풍절음, 도어 글라스 및 차량 진동을 차단하는 인너벨트 웨더스트립(innerbelt weatherstrip)의 댐핑(damping) 특성 향상을 통해 BSR을 저감하는 기술 개발이 필수적이다. 기존 열경화성(thermoset) 탄성체 대비 가볍고 재활용이 가능한 열가소성(thermoplastic) 탄성체가 주목을 받고 있지만 낮은 소재 댐핑과 영구압축줄음률(compression set)로 인해 도어 글라스와 웨더스트립 간 마찰 소음을 발생하는 문제가 있다. 고분자 댐핑 특성은 점탄성(viscoelastic)에 좌우되므로, 본 연구에서는 인너벨트 웨더스트립과 도어 글라스 간 마찰 소음을 개선하기 위해 EPDM (ethylene-propylene-diene monomer)/PP (polypropylene) thermoplastic vulcanizates (TPV)의 재료설계인자(EPDM/PP 비율, EPDM 내 ENB 함량)에 따른 점탄성 분석을 통해 소재 댐핑 특성을 평가하였다. EPDM/PP 비율에 따른 분석을 통해 PP 비율이 낮을수록 소재가 연화되고, 탄성회복력(resilience)이 증가하여 저장탄성률(storage modulus)은 10.8% 감소하고 댐핑 특성을 의미하는 감쇠계수(tanδ)는 88.2% 증가함을 확인하였다. 또한 EPDM 내 ENB 함량이 높을수록 소재의 가교밀도(crosslink density)가 증가하지만, 동적가교(dynamic vulcanizate) 과정 중 PP에 분산된 EPDM particle의 크기가 감소한다. 이로 인해 증가된 EPDM/PP 계면 간 면적 증가로 인해 계면 미끄러짐에서 기인한 손실탄성률(loss modulus)이 24.7% 증가하여 댐핑 특성이 향상되었다. 재료설계인자에 따른 물성분석을 바탕으로 최적 소재(낮은 PP 비율(14 wt%), 높은 ENB 함량 (8.9 wt%))를 배합한 결과 소재 댐핑 특성(tanδ peak)은 기존 소재(PP27, EPDM/PP 30/27, ENB content 5.7 wt%) 대비 140% 증가하여 재료설계인자에 따라 댐핑 특성을 제어할 수 있음을 확인하였다. 설계된 소재의 글라스 마찰 소음 개선 효과를 확인하기 위해 stick-slip 시험을 통해 마찰 소음을 평가하였다. 소재 댐핑 특성이 향상됨에 따라 마찰 진동의 가속도 peak가 약 57.9% 감소하였다. 이러한 결과로부터 재료설계인자에 따른 소재 댐핑 특성 향상을 통해 인너벨트 웨더스트립의 글라스 마찰 소음을 개선할 수 있음을 확인하였으며, 향후 소재 재료설계인자에 따른 물성 제어를 통해 부품의 요구 성능에 맞는 다양한 재료설계에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Composites Research
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• 제31권2호
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• pp.63-68
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• 2018

열가소성 복합재료는 다양한 장점에도 불구하고 기계적 특성이 낮아 고성능 항공산업 분야에서는 제한적으로 사용되어 왔으나 최근 열가소성 방향족 폴리머 복합재들이 많이 연구/활용되고 있다. 본 연구에서는 대표적인 열가소성 방향족 폴리머인 PEEK와 PPS Neat 수지 필름을 DSC 기기를 이용하여 가열, 냉각 및 재 가열 사이클을 연속적으로 수행하여 유리전이온도 및 용융온도 등의 특성변화를 확인하고 냉각속도에 따른 결정화도(Crystallinity)의 차이를 평가하였다. 1차 가열단계에서 각 폴리머의 용융온도보다 높은 온도에 5분간 유지시켜 이전 열이력을 제거하였고 2차 냉각단계에서 냉각속도를 분당 2, 5, 10, 20 및 $40^{\circ}C$로 조절/적용함으로서 결정화반응을 제어하였으며, 3차 가열단계에서 재가열하여 용융엔탈피를 측정함으로서 결정화도 차이를 확인하였다. 높은 비정질 영역을 가진 시편의 첫 번째 가열시 냉각결정화 현상이 일어나고 뚜렷한 유리상 전이구역을 확인할 수 있었던 반면에 결정질 영역이 증가된 재가열시에는 냉각결정화 현상이 일어나지 않고 상대적으로 유리상 전이구역이 약해지는 것을 확인하였다. 2차 냉각단계에서 냉각속도가 느려짐에 따라 결정화도가 높아졌는데 PEEK의 경우 냉각속도의 차이에 따라 21.9~39.3% 결정화도를 보였으며, PPS는 29.1~31.2% 결정화도 차이를 얻을 수 있었다.

• Composites Research
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• 제34권5호
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• pp.296-304
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• 2021

본 연구에서는 유한요소법(FEM)에 기반한 CF/PEKK 열가소성 복합재 고속 열 성형 해석을 수행하였고 제작 공정을 예측 및 검증하였다. 대표적인 L 형 구조물 모델에 대해 트리밍 여유에 따른 성형성을 응력, 두께, 주름분포를 분석하였다. 그 결과, 블랭크의 트리밍 여유가 증가할수록 구조물의 성형성이 향상하는 것을 확인하였다. 특히 두께 및 주름 분포 측면에서 해석 모델과 실험 결과를 비교하여서 고속 열 성형 모델의 타당성을 검증하였다. 제작된 구조물은 시차 주사 열량 분석법 및 이미지 분석법을 통해 결정화도와 기공률이 측정되었다. 제작된 열가소성 구조물의 전 영역 기공률은 평균 0.75%, 결정화도는 약 21%로 항공기에 적용 가능한 수치로 평가되었다. 따라서 본 연구를 토대로 열가소성 복합재 고속 열 성형 공정에 대해 효과적인 예측이 가능할 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제20권5호
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• pp.13-19
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• 2007

섬유강화 열가소성수지 복합재료는 열경화성수지 복합재료의 강도 수준에 근접할 뿐만 아니라 열경화성수지 복합재료의 취약점으로 지적되고 있는 생산성, 리사이클, 내충격성 등이 우수하다. 일방향 섬유강화 복합재료의 강도계산을 위한 연구와 섬유배향상태를 측정하여 정량적으로 나타낼 수 있도록 연구하여 발표하였으나, 섬유함유율에 따른 섬유배향상태와 복합재료의 기계적 성질을 예측을 할 수 있는 데이터베이스 구축은 되어있지 않으므로 이에 대한 체계적인 연구가 필요하다 본 연구에서는 섬유함유율에 따른 섬유배향상태를 변화시켜 섬유강화 열가소성수지 복합판재를 제작한 후, 섬유함유율 및 섬유배향상태가 복합판재의 인장강도에 어떠한 영향을 주는지에 대해서 고찰하였다. 섬유강화 열경화성수지 복합재료의 $0^{\circ}$ 방향에서 인장강도 비는 등방성에서 이방성으로 갈수록 섬유배향함수와 섬유함유율에 관계없이 일정하게 나타났으나, $90^{\circ}$ 방향에서 인장강도 비는 인장 하중이 강화섬유 길이방향의 수직방향으로 작용했을 때 섬유필라멘트 분리에 의해 감소하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.80-85
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• 2016

탄소섬유강화 복합재는 기계적 물성이 우수하여 다양한 산업분야에서 활용되고 있으나 섬유길이가 짧은 단섬유 형태로 함침 되고 있어 강도와 강성을 증대시키는데 한계가 있다. 이를 보완하기 위한 LFT-D성형은 탄소 또는 유리섬유를 열가소성 수지와 혼합하여 압출 후 프레스 성형하여 제품을 만드는 공법으로 연속공정이 가능하고 사출성형에 비해 생산성이 높아 자동차 구조용 부품을 제작하는데 사용할 수 있다. 본 연구에서는 LFT-D공법으로 성형된 탄소 장섬유강화 열가소성 복합소재의 기계적 특성을 파악하기 위하여 탄소 장섬유의 함침과 압출공정을 수행할 수 있는 Lab scale의 소형 압출기 시스템을 제작하였다. Lab scale의 소형 압출기를 사용하여 제작된 탄소 장섬유 복합소재를 프레스 성형하여 시편을 제작하고 재료의 기계적 특성을 평가한 결과, 탄소섬유길이, 프레스 가압압력 및 탄소섬유 함유량이 복합소재의 강도 및 강성의 증가에 영향을 미침을 알 수 있었다. 향후 탄소 장섬유 복합소재의 기계적 성질 향상을 위해서 혼합 스크류 설계, 탄소 섬유코팅 등에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

• Composites Research
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• 제34권1호
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• pp.1-7
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• 2021

열가소성 섬유강화 복합재료는 수송용 기기의 경량화 소재로써 적용 분야가 확대되고 있다. 본 연구에서는 분자량이 다른 폴리카보네이트(PC)를 이용하여 연속섬유 강화 유리섬유(GF)/폴리카보네이트(PC) 복합소재의 함침성 및 기계적 물성에 대한 평가를 진행하였다. GF 직물과 PC 필름을 제조한 후, 이를 이용하여 연속가압성형법으로 연속섬유 강화 GF/PC 복합재 평판을 제조하였다. PC 분자량에 따른 용융지수를 측정 및 평가하였고, GF 제직물 강화 GF/PC 복합재료의 인장강도, 굴곡강도, 압축강도 및 기공체적률을 평가하였다. 전계방사형 주사전자현미경을 이용하여 인장파괴된 GF/PC 복합재료의 형태를 분석하여 파괴거동을 확인하였다. 분자량이 20,000일 때 최적의 기계적 특성이 발현되는 것을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제25권2호
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• pp.121-133
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• 2014

ABA형태의 삼중블록공중합체는 고무상과 유리상의 상대적 성분에 좌우되는 열가소성 탄성체와 강화 플라스틱으로써 유용하다. 이러한 물질은 다른 고분자와 혼합하여 첨가제, 강화제, 상용화제로써 기능성을 줄 수 있다. 상업적으로 유용한 대부분의 블록 공중합체는 석유로부터 유래된다. 지구상의 유한한 화석자원 공급과 석유 사용 및 채굴에 관련된 경제, 환경적 비용을 고려하면 그 대안은 매력적이다. 이러한 흐름에 더하여 미래 지속 가능한 물질의 최종 용도를 위한 설계 및 그 실행이 요구되고 있다. 본 총설에서는 재생 가능한 ABA 형태의 삼중블록 공중합체 합성과 특성을 살펴보고, 특히 공중합체의 경성부분을 위한 높은 유리 전이온도 혹은 녹는점을 지닌 식물 유래 폴리올레핀과 다당류 유래 폴리락타이드와 공중합체의 연성부분을 위한 바이오 기반, 낮은 유리 전이온도, 무결정의 탄화수소계 고분자에 대해 논의하려고 한다. 이를 위해서 다양하게 제어된 고분자 중합법은 강력한 도구임이 증명되고 있다. 이러한 혼성 고분자의 정교한 합성에 관한 연구는 재생가능성, 생분해성, 고성능을 지닌 새로운 탄성체와 강화 플라스틱의 발전을 이끌고 있다.

• Elastomers and Composites
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• 제48권1호
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• pp.67-75
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• 2013

E-TPE(Engineering Thermoplastic Polyether Ester)는 Ester 관능기를 갖는 Elastomer 소재로서 리사이클이 가능하며 빠른 가공성을 지닌다. 또한 경량성이 뛰어나 자동차의 경우 연비향상에 도움을 주는 친환경 소재로 부각되고 있다. 고무와 엔지니어링 플라스틱의 특성을 모두 가지고 있는 E-TPE는 사용 가능한 온도영역이 넓고, 내열성 및 내유성이 우수하여 자동차 부품소재분나 전기전자분야의 신소재로 주목받고 있으나 국내에서는 원천기술이 부족하여 전량 수입에 의존하고 있는 실정이므로 연구개발이 시급하다. 본 연구에서는 하드 세그먼트로 폴리에스터계(TPEE)를 base로 하여 소프트 세그먼트로 Ethylen-prophylene-Copolymer와 CSM(Choloro sulphonated polyethylene Rubber), VAMAC(Ethylene Acrylic Rubber), NBR(Acrylonitrin Butadiene Rubber)의 탄성체를 1,3-Phenylene-bisoxazoline 가교제로 동적가교 시켜 함량과 첨가된 고무에 따른 물성을 관찰하였다. 그 결과 NBR 첨가된 동적가교물의 물성이 다른 고무에 비해 내열성 및 내유성 향상에 되었음을 확인하였다.