• Carbon letters
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• 제11권4호
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• pp.325-331
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• 2010

This study investigates the effect of filler content (wt%), presence of interphase and agglomerates on the effective Young's modulus of polypropylene (PP) based nanocomposites reinforced with exfoliated graphite nanoplatelets ($xGnP^{TM}$) and carbon nanotubes (CNTs). The Young's modulus of the composites is determined using tensile testing based on ASTM D638. The reinforcement/polymer interphase is characterized in terms of width and mechanical properties using atomic force microscopy which is also used to investigate the presence and size of agglomerates. It is found that the interphase has an average width of ~30 nm and modulus in the range of 5 to 12 GPa. The Halpin-Tsai micromechanical model is modified to account for the effect of interphase and filler agglomerates and the model predictions for the effective modulus of the composites are compared to the experimental data. The presented results highlight the need of considering various experimentally observed filler characteristics such as agglomerate size and aspect ratio and presence and properties of interphase in the micromechanical models in order to develop better design tools to fabricate multifunctional polymer nanocomposites with engineered properties.

• 폴리머
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• 제24권4호
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• pp.556-563
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• 2000

일반적으로 열가소성 복합재료는 섬유와 기지재료간의 결합력이 약하다는 단점을 가지고 있어 개발의 한계를 가져왔으나 점차적으로 수지의 개발, 공정의 개선, 계면상의 도입으로 지속적인 물성 향상을 이루고 있다. 특히 계면상의 도입은 외부에서 받은 충격을 잘 흡수할 뿐만 아니라 기지재료와 섬유와의 결합력을 높여 준다. 본 연구에서는 탄소섬유의 전기전도성을 이용하여 전착(electrodeposition)에 의해 탄소섬유와 수지 사이에 계면상을 도입하였으며 계면상 물질과 폴리프로필렌 수지와의 약한 결합력을 개선하기 위해 modified polypropylene을 수지에 첨가하였다. 대표적인 열가소성 수지인 폴리프로필렌을 기지재료로 사용하여 복합재료를 제조하여 층간전단강도, 충격강도 등의 기계적 물성을 평가한 결과, 전착을 통한 계면상을 도입하였을 경우가 물성이 우수함을 확인할 수 있었다. 전착 공정에서는 anhydride 또는 free acid group을 가진 반응성 고분자를 사용하여 수용액상에서 전하 운반체 역할을 수행할 수 있게 하였고 고분자의 종류를 달리하여 계면상 물질의 변화에 따른 복합재료의 물성 차이를 평가하였다. 또한 함침 용액의 농도, 전류밀도 및 전착시간을 변화시키면서 탄소섬유에의 전착수율을 평가하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.577-582
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• 2016

본 논문에서는 나노입자가 삽입된 고분자 복합재에서 형성되는 계면 상의 정량적인 열탄성 물성을 계산과학적 접근으로 제시하였다. 균질해법이 적용된 유한요소모델과, 미시역학법에 의한 3상 복합재의 열탄성 이론, 그리고 분자동역학 전산모사법이 본 연구에 모두 적용되었고, 이를 유기적으로 연계한 멀티스케일 모델을 수립하였다. 특히, 제시한 유한요소모델과 분자동역학 기반의 나노복합재 모델로부터 각각의 인장하중에 따른 계면의 변형에너지 밀도를 도출, 이를 직접 비교하는 과정이 본 멀티스케일 해석 과정에 포함되었다. 이로써 주어진 온도 조건에 따른 나노입자 주변의 계면 상에 대한 탄성계수와 그 두께를 물리적 엄밀해로써 정량 도출할 수 있다. 이렇게 얻은 고분자 나노복합재의 연속체모델은 다시 미시역학 모델과 연계함으로써, 최종적으로는 광범위한 온도 조건에 의한 재료의 열탄성 거동 및 유리전이거동이 계면 상의 두께와 기계적 물성에 미치는 영향에 대해 분석, 평가하였다.

• 폴리머
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• 제25권2호
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• pp.293-301
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• 2001

새로운 복합재료 제조 기술인 electron-ion technology (EIT)를 이용하여 전도성 탄소섬유/고밀도 폴리에틸렌 (CF/HDPE) 복합필름을 제조하고 탄소섬유 에폭시 sizing이 제조된 필름의 체적비저항과 인장강도 그리고 계면 특성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 에폭시 sizing은 tunneling 효과를 좋게 해서 복합재료 필름의 전도성을 향상시키는 반면, 극성인 에폭시 sizing은 무극성인 폴리에틸렌과의 친화성이 없어서 탄소섬유와 폴리에틸렌간의 계면결합력을 감소시키므로 에폭시 sized 탄소섬유(CF(S))는 unsized 탄소섬유(CF(U))에 비하여 필름의 체적비저항과 인장강도를 감소시켰다. 에폭시 sizing은 탄소섬유의 nucleating efficiency를 떨어뜨려서 CF(S)/HDPE 필름이 CF(U)/HDPE 필름보다 불규칙적이고 덜 발달된 transcrystalline layer를 형성함을 관찰할 수 있었다.

• 한국표면공학회지
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• 제50권6호
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• pp.523-530
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• 2017

In this study, we developed the h-BN interphase for ceramic matrix composites (CMCs) through a wet chemical coating method, which has excellent price competitiveness and is a simple process as a departure from the existing high cost chemical vapor deposition method. The optimum condition for nitriding an h-BN interphase using boric acid and urea as precursors were derived, and the h-BN interphase coating through a wet method on a carbon preform of 2.5 D was conducted to apply the optimum conditions to the CMCs. In order to control the coating property via the wet coating method, four parameters were investigated such as dipping time of the specimen in the precursor solution, the ratio of boric acid and urea in the precursor, the concentration of solution where the precursor was dissolved, and the cycle of dipping and dry process. The CMCs was fabricated through polymer impregnation and pyrolysis (PIP) processes and a three-point flexural strength test was conducted to verify the role of the coated h-BN interphase.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.315-321
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• 2012

본 연구에서는 분자동역학 전산모사와 유한요소해석 기반의 균질화 기법을 통해 나노복합재의 열전도 특성을 정확하고 효율적으로 예측할 수 있는 순차적 멀티스케일 균질화 해석기법을 제안하였다. 나노입자의 크기효과가 나노복합재의 유효 열전도 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 크기가 다른 구형 나노입자가 첨가된 나노복합재의 열전도 계수를 분자동역학 전산모사를 통해 예측했고, 그 결과 나노입자의 크기가 작아질수록 계면에서의 Kapitza열저항에 의해 나노복합재의 열전도 계수가 점차 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 나노입자의 크기효과를 균질화 해석모델을 통해 정확하게 묘사하기 위해 Kapitza 열저항에 의한 계면에서의 온도 불연속 구간과 고분자 기지가 높은 밀도를 가지며 흡착되는 유효계면을 추가적인 상으로 도입하여 나노복합재를 입자, Kapitza 계면, 유효계면, 기지로 구성된 4상의 연속체 구조로 모델링하였다. 이후 순차적 멀티스케일 균질화 해석기법을 통해 유효계면의 열전도 계수를 나노복합재의 열전도 계수로부터 역으로 예측했으며, 이를 입자의 반경에 대한 함수로 근사하였다. 근사 함수를 토대로 다양한 입자 체적분율과 반경에 대한 나노복합재의 유효 열전도 특성을 예측하였으며, 유효계면에 대한 매개변수 연구를 수행하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제20권9호
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• pp.2782-2791
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• 1996

The effective longitudinal shear modulus(LSM) of continuous composites is studied theoretically and numerically using 3-phase unit cell model. Circular, hexagonal and rectangular shapes of reinforced fiber are considered to predict the shear modulus as a function of elastic modulus of each phase and volume fraction of interphase and reinforced fiber. It is found that rectangular fiber shape in low fiber volume fraction($v_f$<30%) and circular fiber shape in high volume fraction($v_f$>40%) shows the higher longitudinal shear modulus. Also the obtained values of LSM for rectangular array and by numerical analysis are higher than those of hexagonal array and by theoretical analysis respectively. The reinforcing effects of interphase are more significant in cases of higher fiber volume fraction and circular fiber shape. Not only the spatial distribution and shape of reinforcing fiber but also the volume of interphase have a pronounced effects on the overall LSM. It is also found that the tangent moduous of 2-and 3-phase polymer matrix composites is insensitive to the shape and distribution of reinforcing fibers.

• 폴리머
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• 제34권4호
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• pp.357-362
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• 2010

Poly(ethyleneglycol diacrylate)(PEGDA) 혹은 2-ethylhexyl acrylate(2EHA)를 기반으로 하는 고체함 량 8~54 wt%의 젤 고분자 전해질(GPE)을 합성하여 상온 이온전도도 및 전기화학적 특성을 평가하였다. 그 결과 투명하고 균일한 젤을 형성하는 21 wt%의 PEGDA계에서 $1\times10^{-3}$ S/cm 이상의 높은 상온 이온전도도를 얻을 수 있었다. 하지만 GPE는 액체전해액에 비해 낮은 전압안정성을 보여주었는데, 고분자 합성과정에서 개시제인 AIBN 에 원인이 있음을 제안하였다. 그 결과 BPO를 개시제로 사용하여 전압안정성이 향상된 GPE를 확보할 수 있었다. 또한 음극에서 리튬이온의 삽입과 탈리가 용이하면서 환원분해전위에 안정한 계면피막이 형성되었음을 확인하였다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2002년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.249-251
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• 2002

It is well known that the interaction and adhesion between the glass fiber(GF) and polymer matrix has a significant effect in determining the properties of fiber-reinforced materials. Therefore, it is one of most important to modify the surface of GF with an appropriate sizing. We investigated the treatment method of GF with coupling agent to improve the interaction of the interfacial regions, and then the correlation between interfacial property and interphase microstructure was examined in an attempt to realize a proper morphology around the GF surface.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.423-430
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• 2013

본 연구에서는 탄소나노튜브와 폴리프로필렌 기지 간 계면결합력과 나노튜브의 국부적 응집에 따른 나노복합재의 탄소성 거동 변화에 대한 파라메트릭 연구를 수행한다. 나노복합재의 탄소성 거동 예측을 위해 분자동역학 전산모사를 수행하고, 분자동역학 결과와 Mori-Tanaka 모델을 적용한 비선형 미시역학 모델을 연계하여 나노복합재 내 흡착계면의 탄소성 거동을 역으로 도출하는 2단계 영역분할 기법을 적용하였다. 미시역학 모델에서는 시컨트 계수방법을 Mori-Tanaka 모델에 적용하여 나노복합재의 비선형 거동을 예측하는 방법을 적용하였으며, 나노튜브와 기지 간 재료계면의 불완전 결합을 고려하기 위해 변위 불연속 조건을 적용하였다. 흡착영역을 고려한 미시역학 모델을 통해 흡착계면의 유무 및 재료계면 결합력 변화 그리고 나노튜브의 국부적 응집현상에 따른 나노복합재의 응력-변형률 관계를 예측하였다. 그 결과 나노튜브의 국부적 응집이 나노복합재의 강화효과를 저하시키는 가장 중요한 변수임을 확인하였다.