CFRP 적용을 위한 Carbon NCF Prepreg 제작 및 구조해석을 활용한 적층패턴 최적설계 연구

김신 ( S. Kim ) , 신헌충 ( H. C. Shin ) , 하성규 ( Sung Kyu Ha )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제1호, 13~18페이지(총6페이지)

기존 소방구조용 작업차에서 문제가 되고 있는 협소도로 진입의 어려움 및 구조를 위한 신속한 작업 전개 한계성을 극복하기 위한 목적으로 소형 구조작업차 연구가 진행되고 있으며 이에 따른 경량화 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 소방 구조 작업차 5번 붐은 288 mm(W) × 299 mm(D) × 3,691 mm(L)이며 이에 걸리는 최대 하중은 876 kg이고, Steel Boom의 Thickness는 3 mm이다. Steel (STRENX960)을 CFRP 복합재로 변경하여 제작하기 위해 Carbon Fiber NCF (±45˚, 2축)를 직조하고 이를 NCF Prepreg로 제작하였고 경량화와 강성, 강도를 극대화할 수 있는 최적설계 패턴을 제시하였다. 이 과정은 구조해석을 바탕으로 설계하였고, NCF Prepreg의 (±...

TAG 탄소복합재료(CFRP), NCF 프리프레그, Non-crimp fabric prepreg, 최적설계, Optimal design, 적층패턴 최적화, Optimization stacking pattern, NCF (Non-crimp fabric)

용매 증발 과정 중 마이크로웨이브 처리가 PVDF 복합재료 필름의 결정화 형태에 미치는 영향

홍현수 ( Hyunsoo Hong ) , 김성수 ( Seong-su Kim )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제1호, 19~24페이지(총6페이지)

본 연구에서는 Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) 필름 제작 과정 중 마이크로웨이브 처리 과정을 도입하여 β 결정성 향상에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다. 또한, 나노 입자 보강제로써 금속산화물인 TiO₂를 혼합하여 PVDF 복합재료 필름을 만들어, 전기적 음성도 차이로 인한 반데르발스 힘을 통해 β 결정 형성을 추가적으로 향상 시키려고 하였다. FTIR과 XRD 분석을 통하여 해당 필름 시편들에 대해 결정화도(Crystallinity) 및 결정성(Crystalline)을 분석하였다. 이러한 분석 결과를 바탕으로, 용매 증발 과정 중 마이크로웨이브 처리 과정이 PVDF 필름의 결정화도를 높여주는 것을 확인하였고, 추가적인 연신(Stretching) 공정을 통해 α...

TAG PVDF, 결정화도, Crystallinity, 마이크로웨이브, Microwave, 용매 증발, Solvent evaporation, α-phase, β-phase

산화주석을 함유한 열경화성 액정 에폭시의 열적 특성에 관한 연구

현하늘 ( Ha Nuel Hyun ) , 조승현 ( Seung Hyun Cho )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제1호, 25~29페이지(총5페이지)

Diglycidyl ether of 4,4'-biphenol을 기지로 사용하고, tin(IV) oxide를 filler로, sulfanilamide를 경화제로 사용하여 액정성 열경화성 에폭시 기반 복합재료를 제작하였다. TGA와 LFA를 이용하여 3.0-7.0 wt%의 tin(IV) oxide를 분산시켜 제작한 복합재료의 열적 거동을 조사한 결과, 열분해 활성화 에너지와 열전도성이 filler의 첨가량에 비례하는 것으로 나타났다.

TAG 열경화성 액정 에폭시, Liquid crystalline thermosetting epoxy, 산화주석, Tin oxide, 열분해 활성화 에너지, Activation energy for thermal decomposition, 열전도도, Thermal conductivity

단방향 연속 섬유 복합재 횡단면에서 섬유 배열에 따른 응력 분포 변화

최수훈 ( Soohoon Choi ) , 지우석 ( Wooseok Ji )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2020] 제33권 제1호, 30~37페이지(총8페이지)

단방향 연속 섬유 강화 복합소재에 대하여 섬유 배열에 따른 응력 분포 양상을 연구하기 위해 단면 형상을 대표하는 체적 요소를 생성하였다. 대표 체적 요소에 횡방향 하중을 가하였을 때, 섬유와 기지재 강성의 차이로 인해 섬유 둘레에서 응력 집중 현상이 발생하며, 섬유 간 좁은 간격 때문에 집중된 응력이 중첩되며 섬유 주변에서 높은 응력이 구해질 것이라 쉽게 예측할 수 있다. 본 연구에서는 섬유 둘레 응력 증감이 단순히 섬유 간 간격 뿐 아니라 섬유의 상대적 위치가 하중 방향과 이루는 각도에 의해서도 결정됨을 보여준다. 정규 육각 구조를 가지는 대표 체적 요소의 중앙에 위치한 섬유를 다양한 방향으로 이동시키며 횡방향 하중을 가하여, 섬유 주변 응력이 증가하거나감소하는 양상을 유한요소해석 기법을 이용해 측정하였다. 섬유 간 거리가 최소이면서 두 섬유의 중...

TAG 미시 구조 해석, Microstructure analysis, 섬유 배열, Fiber arrangement, 응력 분포, Stress distribution, 대표 체적 요소, Representative volume element

금속-금속 표면 접촉을 활용한 정전 소자

정지훈 ( Jihoon Chung ) , 허덕재 ( Deokjae Heo ) , 이상민 ( Sangmin Lee )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2019] 제32권 제6호, 301~306페이지(총6페이지)

정전 소자는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 바꿀 수 있는 소자로, 제작 공정이 간단하고 높은 전기적 출력을 발생시키는 장점이 부각되어 주목받고 있는 소자이다. 정전 소자가 소개된 이례 높은 출력으로 휴대형 전자기기를 충전할 수 있는 시스템이 소개되었으나, 최근 연구에서는 기체 항복과 전계 방출 현상으로 인한 출력의 한계가 보고되고 있다. 이와 같은 한계를 극복하기 위하여 본 연구에서는 금속-금속 표면 간 접촉을 활용하여 정전 소자에 이온 강화 전계 방출 현상과 전자 사태를 유도해 전자가 직접적으로 전극 사이를 흐를 수 있는 정전 소자 설계를 소개한다. 본 정전 소자의 출력은 평균 피크 개로 전압 340 V, 평균 피크 폐회로 전류 10 mA 정도로 측정되었고, 표면 전하 생성층의 표면 전하의 양에 따라 출력이 변화하였다. 본 연구에서 개발된 정전 소자...

TAG 정전 소자, Triboelectric nanogenerator, 금속-금속 접촉, Metal-to-metal contact, 전자 직접 이동, Direct electron flow, 에너지 수확, Energy harvesting, 전자 사태, Electron avalanche

화학 결합 종류에 따른 생활 용품 기반 마찰 발전기 거동 연구

황희재 ( Hee Jae Hwang ) , 최동휘 ( Dongwhi Choi ) , 최덕현 ( Dukhyun Choi )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2019] 제32권 제6호, 307~313페이지(총7페이지)

Triboelectric nanogenerators (TENGs)는 정전기 기반의 마찰 전기 발전기로써 간단한 구조로 저비용, 대면적으로 손쉽게 활용할 수 있는 기술이다. 본 연구에선 생활 용품을 활용하여 화학적 결합 및 SEM image로써 분석을 하고 C-C/C-H/C-O/C=O bonding에 따라 bonding 조성비에 따라 C-C bonding의 비율이 클수록 음전하, C-H bonding 비율이 클수록 양전하 대전체가 되는 것을 확인하였다. 그러한 특성을 가지고 최적 생활용품을 활용하여 정전 출력 실험을 했을 때 최대 210 V, 14.6 μA, 9.83 mW의 출력을 얻었다. 최종적으로, 랩과 마그네틱 노트를 이용해 97개의 Light Emitting Diodes (LEDs)...

TAG 마찰 전기 발전기, Triboelectric nanogenerators, 생활용품, Life supplies, 화학적 결합, Chemical bonding, 저비용, Low costs, 대면적, Large area

다층박막적층법 적용 기능성 박막 코팅을 위한 자동화 시스템

장원준 ( Wonjun Jang ) , 김영석 ( Young Seok Kim ) , 박용태 ( Yong Tae Park )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2019] 제32권 제6호, 314~318페이지(총5페이지)

본 연구에서는 습식 코팅 방식 중 하나인 다층박막적층법의 자동화 시스템을 제작하였다. 특히, 본 연구에서 제안한 자동화 시스템은 다층박막적층법의 공정 변수(예를 들어, 증착 재료, 코팅 깊이, 코팅 및 헹굼 시간)를 제어함으로써 손으로 작업하는 것과 동일한 변수 조작이 가능하게 설계되었다. 자동화 시스템을 통해 기판을 완벽하게 용액 안으로 침액시킬 수 있으며, 이를 통해 특별한 분자간 결합(예를 들어, 정전기적 인력, 공유 및 수소 결합)을 통해 기판 위에 균일한 다층의 박막 형성이 가능하다. 두 종류 이상의 용액으로 기판이 침액될 때, 이기판은 다른 용액으로 이동되기 전에 청소 구역에서 헹굼과 건조 과정을 거친다. 이러한 담금, 헹굼, 건조 과정은 모두 컴퓨터 프로그램에 의해 제어 가능하다. 본 연구에서는 자동화 시스템을 통해 그래핀을 기반으로 하는 ...

TAG 다층박막적층법, Layer-by-layer assembly, 자동화시스템, Automatic system, 그래핀, Graphene, 박막, Thin films

재활용 가능한 고방열 고분자 복합소재 개발

신하은 ( Haeun Shin ) , 김채빈 ( Chae Bin Kim ) , 안석훈 ( Seokhoon Ahn ) , 김두헌 ( Doohun Kim ) , 임종국 ( Jong Kuk Lim ) , 고문주 ( Munju Goh )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2019] 제32권 제6호, 319~326페이지(총8페이지)

본 연구에서는 재활용이 가능하며 열가소성 특성을 지닌 신규 고분자 수지를 개발하고 합성하였다. 이렇게 개발된 수지와 판상형 질화붕소(h-BN) 사이의 계면 친화성이 좋음을 계산과학을 통하여 확인하고 열압기(hot press)를 이용하여 복합소재를 제조하였다. 고분자 수지와 필러 사이의 계면 친화성과 함께 복합소재 제조시 발생되는 전단력(shear force) 만으로도 매우 높은 필러 정렬도를 지닌 복합소재를 제조할 수 있었고, 이러한 이유로 복합소재는 최대 13.8 W/mK의 높은 열전도도를 갖는 것을 확인하였다. 또한, 개발된 수지가 화학적으로 분해 가능한 장점을 이용하여 제조된 복합소재로부터 물리/화학적 변성 없이 필러를 회수할 수 있었고 이렇게 회수된 필러는 향후 다양한 신규 복합소재 제조에 재활용이 가능하다.

TAG 열전도도, Thermal conductivity, 고분자 수지, Polymer matrix, 육방정 질화붕소, Hexagonal boron nitride, 복합재료, Composite material

응력장을 이용한 직교적층 탄소섬유/에폭시 복합재 적층판의 모드 I 균열 특성 연구

강민송 ( Min-song Kang ) , 전민혁 ( Min-hyeok Jeon ) , 김인걸 ( In-gul Kim ) , 우경식 ( Kyeong-sik Woo )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2019] 제32권 제6호, 327~334페이지(총8페이지)

층간분리는 복합재 적층판에서 발생하는 특수한 파손 모드이다. 유한요소해석기법을 활용하여 균열 성장방향이 확실히 예측되는 일방향 복합재 적층판의 층간분리 거동과 관련된 많은 수치적 연구가 수행되었다. 반면에 여러 방향으로 적층된 복합재 적층판의 층간분리는 층간 균열 뿐 만 아니라 기지재료 파손 및 섬유 브릿징을 수반하는 층내 균열이 발생한다. 또한 층간 균열과 층내 균열이 불규칙적인 비율로 나타나고 층내 균열도 임의의 각도로 성장한다. 이러한 직교적층 복합재 적층판의 균열 성장 방향에 대한 예측은 확정론적 해석 방법 보다는 확률론적 해석 방법이 유리하다. 본 논문에서는 직교적층 탄소섬유/에폭시 복합재 적층판에 모드 I 하중이 가해질 때 균열 경로를 분석하여 향후 확률론적 해석의 기반 자료로 사용할 수 있는 확률 데이터를 수집하고 분석하였다. 직교이방성 재료의...

TAG 직교적층 복합재 적층판, Cross-ply composite laminates, 모드 I, Mode I, 층간분리, Delamination, 응력장, Stress fields, 층내 균열, Intralaminar crack

전자선 조사를 이용한 아크릴산이 그라프트된 폴리프로필렌의 제조 및 중금속 이온 흡착 특성

천자영 ( Ja Young Cheon ) , 전준표 ( Joon-pyo Jeun )  한국복합재료학회, Composites Research(구 한국복합재료학회지) [2019] 제32권 제6호, 335~341페이지(총7페이지)

본 연구는 전자선 조사를 이용하여 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 부직포에 아크릴산(acrylic acid, AAc)을 그라프트 한 후 납 이온에 대한 흡착성능을 평가하였다. 다양한 조건에서 그라프트를 실시하여 조사량 100 kGy, 단량체 농도 60%에서 약 50%의 그라프트율을 갖는 아크릴산이 그라프트 된 폴리프로필렌(PP-g-AAc) 부직포를 제조하였다. 제조된 PP-g-AAc 부직포의 물리/화학적 특성을 SEM, ATRIR, 열분석, 인장강도 등의 분석을 통해 평가하였다. SEM으로 확인한 PP와 PP-g-AAc 부직포의 형태에는 큰 변화가 없었으며, ATR-FTIR 결과로부터 PP부직 포에 AAc가 도입되었다고 판단하였다. PP-g-AAc 부직포는 PP 부직포와 비교하여 인장강도는 증가하고...

TAG 폴리프로필렌, Polypropylene, 아크릴산, Acrylic acid, 전자선, Electron beam, 그라프트 중합, Graft polymerization, 흡착, Adsorption

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