SMC 복합재료 멀티스케일 모델링을 위한 RVE 재구성 알고리즘 개발

임형준 ( Hyoung Jun Lim ) , 최호일 ( Ho-il Choi ) , 윤상재 ( Sang Jae Yoon ) , 임상원 ( Sang Won Lim ) , 최치훈 ( Chi Hoon Choi ) , 윤군진 ( Gun Jin Yun )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2021] 제34권 제1호, 70~75페이지(총6페이지)

본 논문은 단섬유 칩으로 구성된 Sheet Molding Compound(SMC) 복합재료를 실험적으로 관찰된 특징들을 바탕으로 메소스케일(meso-scale) 대표체적요소(RVE: Representative Volume Element)를 재구성하는 새로운 알고리즘을 제시한다. 전산해석을 이용하여 SMC 복합재료의 비등방성 거동의 정확한 예측은 어려운 문제이다. 이를 극복하기 위해, SMC 복합재료를 위한 일련의 이미지 프로세싱 기술과 재구성 알고리즘 및 유한요소(FE: Finite Element) 생성기로 구성된 SMC RVE 모델을 개발하였다. 첫째, micro-CT 이미지 프로세싱은 SMC 물성에 직접적인 상관관계를 가지는 섬유칩의 배향 및 분산의 확률적 분포를 평가한다. 둘째, 해당 통계적 분포...

TAG 멀티스케일 해석, Multiscale analysis, 복합재료, Composite materials, SMC, Sheet Molding Compound, 재구성 알고리즘, Reconstruction algorithm

그래핀나노플레이트 나노복합소재 분산법 연구 동향

박상유 ( Sang-yu Park ) , 황지영 ( Ji-young Hwang ) , 박영수 ( Young Su Park ) , 강승범 ( Seung Beom Kang )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제6호, 321~328페이지(총8페이지)

최근 다양한 분야에서 활용하기 위한 고분자 나노복합소재 개발이 활발히 진행되고 있다. 2차원 나노소재 중 물성이 우수하다고 알려진 신소재인 그래핀나노플레이트를 활용하여 고분자 기지와 복합소재를 제조할 때 강한 응집현상이 일어나기 때문에 우선적으로 분산 문제를 해결하고자 하는 요구가 높아지고 있다. 본 리뷰 논문에서는 그래핀나노플레이트의 다양한 분산법을 사용하여 분산성이 향상된 탄소 나노복합소재 제조에 대한 연구를 소개하고자 한다. 고분산성을 통해 물성이 향상된 탄소 나노복합소재는 앞으로 더욱 다양한 분야에서 널리 활용될 것이다.

TAG 리뷰, Review, 그래핀나노플레이트, Graphene, Nanoplatelet, 분산, Dispersion, 나노복합재료, Nanocomposite, 고분자, Polymer

석유계 피치가 첨가된 고온 탄소복합재용 페놀수지의 열 유변학적 거동 연구

양재연 ( Jae-yeon Yang ) , 국윤수 ( Yun-su Kuk ) , 서민강 ( Min-kang Seo ) , 김병석 ( Byoung-suhk Kim )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제6호, 329~335페이지(총7페이지)

본 연구에서는 각각에 다른 연화점을 갖는 석유계 피치의 열 유변학적 특성을 연구하였으며, 이를 함침용 페놀수지에 석유계 피치를 첨가하여 B-stage 형태의 페놀수지/석유계 피치 혼합물을 제조하였다. 그 결과, 연화점이 다른 석유계 피치는 QI의 함량이 증가할수록 피치의 유동성이 감소하였고, 고체의 점탄성 특성을 나타내었다. 또한, 다른 연화점을 갖는 석유계 피치를 페놀수지에 첨가함으로써, 페놀수지의 경화거동과 열 유변학적 특성에 미치는 영향에 대해 고찰하였을 때, 다른 연화점의 석유계 피치를 첨가함에 따라 페놀수지의 경화속도 및 경화거동을 조절할 수 있었으며, 이 중 P-Pitch 2가 첨가된 페놀수지 혼합물의 경우 동일한 경화 온도조건에서 다른 혼합물에 비해 유동성이 높은 것을 확인할 수 있었다.

TAG 석유계 피치, Petroleum pitch, 페놀수지, Phenolic resins, 고온탄소복합재, High temperature carbon composites, 열유변학적 거동, Thermo-rheological behaviors

전기이중층 커패시터용 탄소 에어로겔 전극의 전기화학적 거동 연구

양재연 ( Jae-yeon Yang ) , 서민강 ( Min-kang Seo ) , 김병석 ( Byoung-suhk Kim )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제6호, 336~340페이지(총5페이지)

본 연구에서는 헥사 메틸렌 테트라민을 촉매로 사용하여 이소프로판올에서 레소시놀과 퍼푸랄을 졸-겔중축합한 후 이소프로판올 동결 건조 조건에서 유기 겔을 직접 건조시킨 후 질소 분위기에서 탄화시켜 탄소 에어로겔을 제조하였다. 탄소 에어로겔의 제조 조건은 퍼푸랄에 대한 레소시놀의 몰비를 변경하여 조사하였다. 탄소 에어로겔의 기공 구조에 대한 제조조건의 영향은 질소 흡착 등온선에 의해 고찰하였다. 탄소 에어로겔의 특성은 주사전자현미경과 적외선 분광법을 가지고 측정하였다. 전기 이중층 커패시터에서 전극으로서의 탄소 에어로겔의 기공 접근성과 성능을 전기 화학적으로 고찰하였다. 결과적으로 BET 표면적과 비용량은 R/C 비율에 따라 증가하였으며, 765 m²/g 및 132 F/g의 최대 값은 각각 R/C 비율 200에서 달성되었다. 결론적으로 R/C 비...

TAG 카본 에어로겔, Carbon aerogels, 졸-겔 중축합, Sol-gel polycondensation, 전극, Electrode, 전기이중층 커패시터, Electric double layer capacitors

열중량분석기를 적용한 탄소섬유/에폭시 복합재의 구성재 함유율 측정 기법

장정근 ( Jeong Keun Jang ) , 차재호 ( Jae Ho Cha ) , 이보미 ( Bo Mi Lee ) , 윤성호 ( Sung Ho Yoon )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제6호, 341~345페이지(총5페이지)

열중량분석기를 적용하여 탄소섬유/에폭시 복합재의 구성재 함유량을 평가하기 위한 측정기법을 제시하였다. 시험에 사용된 시료는 탄소섬유/에폭시 토우 프리프레그로 제작된 스트랜드 시편에서 채취하였으며 시간에 따른 시료의 무게 변화를 실시간으로 측정하였다. 또한 전자현미경을 이용하여 수지 제거 여부와 탄소섬유의 열손상 상태를 관찰하였다. 연구결과에 따르면 열중량분석기를 적용하면 기존의 머플로를 적용한 경우에 비해 소량의 시료에 대해서도 시험이 가능하며, 설정 온도와 노출 시간을 제어함으로써 구성재의 함유량을 효율적이고 정량적으로 평가할 수 있음을 알 수 있었다.

TAG 탄소섬유, 에폭시 복합재, Carbon fiber, epoxy composites, 토우 프리프레그, Tow prepreg, 구성재 함유량, Constituent contents, 열중량분석기, Thermogravimetric analyzer, 머플로, Muffle furnace

유리섬유/폴리프로필렌 복합원사의 유리섬유 함량 변화에 따른 열가소성 복합재료의 함침 및 기계적 특성 평가

장영진 ( Yeong-jin Jang ) , 김늘새롬 ( Neul-sae-rom Kim ) , 권동준 ( Dong-jun Kwon ) , 양성백 ( Seong Baek Yang ) , 염정현 ( Jeong Hyun Yeum )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제6호, 346~352페이지(총7페이지)

열가소성 복합재료는 수송용 기기의 구조용 소재로써 적용 분야가 확대되고 있다. 따라서 본 연구에서는 유리섬유(GF) 함량 차이에 따른 연속섬유 강화 GF/폴리프로필렌(PP)의 기계적 물성 및 함침성에 대한 평가를 진행하였다. GF 함량이 다른 GF/PP 복합원사를 제조하고 이를 이용하여 연속가압공정법으로 연속섬유 강화 GF/PP 중간재를 제조하였다. GF 함량에 따른 연속섬유 강화 GF/PP 복합재료의 인장강도, 굴곡강도 및 충격강도를 평가하였다. 전계방사형 주사전자현미경을 이용하여 인장파괴 된 GF/PP의 형태를 분석하여 GF 함량에 따른 파괴거동을 확인하였고, 동적기계분석 및 층간전단강도 측정 결과를 바탕으로 GF 함량에 따른 함침성 차이를 확인하였다. 궁극적으로 GF/PP 50 wt.% 복합재료 조건에서 기계적 강도와 함침성이 가장 안정화...

TAG 유리섬유, Glass fiber, 연속섬유, Continuous fiber, 복합원사, Commingled fiber, 열가소성 복합재료, Thermoplastic composite, 함침, Impregnation

Bézier 곡선을 이용한 고효율 복합재료 블레이드의 다중 최적 구조 설계

배재성 ( Jae-seong Bae ) , 정성남 ( Sung-nam Jung )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제6호, 353~359페이지(총7페이지)

본 연구에서는 매개변수곡선의 일종인 Bezier 곡선을 이용한 단면해석법을 개발하고, 이를 이용한 블레이드 최적구조설계 프레임워크를 구성하였다. 개발된 단면해석기법은 기존의 직선 세그먼트를 이용한 중심선기반 단면해석법의 효율성을 유지하면서 고형 블레이드 단면에 대한 해석이 가능한 특징이 있다. 본 연구에서 제안한 단면해석법을 예제 블레이드에 적용하고 구조 최적설계를 수행하여 설정된 구속조건을 모두 충족함과 동시에 기준형상대비 약 52% 질량이 감소된 최적 블레이드 형상을 도출하였다. 최적설계에는 총 19개의 블레이드 단면을 고려하였으며, 결과를 도출하는 데 대략 1시간 정도의 계산시간이 소요되었다. 본 연구를 통해 개발된 단면해석 기법과 최적설계 프레임워크의 효율성을 확인하였다.

TAG Bézier 곡선, Bézier curves, 로터 블레이드, Rotor blade, 구조 최적화, Structural optimization

복합소재 사출인서트 알루미늄 바 카울크로스멤버 표면처리 특성에 따른 접합강도 분석 연구

손동일 ( Dong Il Son ) , 소상우 ( Sangwoo So ) , 황현태 ( Hyuntae Hwang ) , 최동혁 ( Dong Hyuk Choi ) , 최완규 ( Wan Gyu Choi ) , 김선경 ( Sun Kyung Kim ) , 김대일 ( Dae Il Kim )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제6호, 360~364페이지(총5페이지)

차량의 경량화를 위해 기존의 스틸로 제작된 카울크로스멤버를 마그네슘, 플라스틱으로 연구개발이 진행 되었으나, 차량 장착상태의 성능적인 문제로 적용이 어려운 실정이다. 최근 부품양산에 가장 적합한 경량화 부품으로 복합소재 인서트 사출 카울크로스멤버에 대한 연구를 진행하고 있다. 이는 알루미늄 바에 복합소재 브라켓 부품을 인서트 사출하는 제조 공정으로 차량의 장착 상태를 고려할 때, 두 부품의 체결상태가 중요한 요소 중에 하나이다. 본 연구에서는, PA6-GF60 복합소재에 알루미늄 바를 인서트 사출하기 위한 연구로 알루미늄 바의 접합강도가 중요한 요소 중에 하나이다. 이를 위한 연구방법으로 알루미늄 바에 접착제를 분사하는 방식과 널링처리를 한 경우에 대해, 카울크로스멤버의 알루미늄 바와 복합재료 사출부품 형상간의 부분 파트별로 횡방향과 회전방향에 대한 접합강도를...

TAG 인서트 사출, Insert molding, 알루미늄 바, Aluminum bar, 접합강도, Bonding strength, 접착제, Adhesive, 널링, Knurling

선경화 시간에 따른 항공기 De-icing용 나노실리카/폴리우레탄 복합재료 탑코트의 소수성 및 접착특성 평가

김종현 ( Jong-hyun Kim ) , 신평수 ( Pyeong-su Shin ) , 권동준 ( Dong-jun Kwon ) , 박종만 ( Joung-man Park )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제6호, 365~370페이지(총6페이지)

항공기에서의 결빙은 동체 전체의 무게증가로 인한 연료 효율 감소, 거칠기 생성으로 인한 항력 증가, 센서의 오작동 등과 같은 문제의 원인이다. 폴리우레탄 탑코트의 경화온도인 60℃에서의 경화시간에 따른 폴리우레탄 탑코트의 점도를 실시간으로 측정하였고 이 데이터를 통해 폴리우레탄 탑코트의 시간 별 점도에 대해 파악하였다. 실리카 나노입자는 초음파분산을 통해 에탄올 내에 분산을 진행하였고, 각기 다른 선경화 조건을 진행한 폴리우레탄 탑코트 위에 도포를 진행하였다. 실리카/폴리우레탄 탑코트 나노복합재료의 표면 거칠기는 표면 거칠기 테스터를 사용하여 측정하였고 표면 거칠기 데이터는 3차원 매핑을 사용하여 시각화 하였다. 선경화 시간에 따른 실리카와 폴리우레탄 탑코트 간의 접착력은 인발접착시험(Adhesion pull-off test)를 통하여 평가를 진행하였고, ...

TAG 나노실리카, 폴리우레탄 탑코트, Nano SiO₂, polyurethane topcoat, 선경화 시간, Pre-curing time, 표면 거칠기, Surface roughness, 소수성 표면, Hydrophobic surface

탄소복합재 접착공정을 위한 CFRP의 레이저 표면처리 기법의 적용

황문영 ( Mun-young Hwang ) , 강래형 ( Lae-hyong Kang ) , 허몽영 ( Mongyoung Huh )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제6호, 371~376페이지(총6페이지)

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 ...

TAG 접합강도, Adhesion Strength, 탄소강화 복합재, Carbon Fiber Reinforcement Plastic, 레이저, Laser, 표면 처리, Surface Treatment

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