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Composites Research(구 한국복합재료학회지)검색


  • - 주제 : 공학분야 > 재료공학
  • - 성격 : 학술지
  • - 간기: 격월
  • - 국내 등재 : KCI 등재
  • - 해외 등재 : -
  • - ISSN : 2288-2103
  • - 간행물명 변경 사항 :
논문제목
수록 범위 : 24권 4호 (2011)

특집(特輯) 논문(論文): `11 춘계학술대회 우수 논문 ; 고강도 PMMA 및 나일론 -산화그래핀 복합재료 섬유의 제조 및 특성평가

황상하 ( Sang Ha Hwang ) , 이동욱 ( Dong Wook Lee ) , 백종범 ( Jong Beom Baek ) , 신현석 ( Hyeon Suk Shin ) , 박영빈 ( Young Bin Park )
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수정된 Hummer`s 방법으로 제조된 산화그래핀(graphene oxide, GO)을 이용하여 PMMA와 Nylon 6,6에 분산시켜 각각 복합재료 섬유와 필름으로 제조하고 동적기계적 물성과 인장특성을 분석하였다. 동적기계적 분석과 인장 특성에서 GO-PMMA 복합재료 섬유는 GO의 효율적 기계적 물성 보강 효과를 확인 하였으나 Nylon 6,6 복합재료는 제조과정에서 사용된 포름산의 낮은 pH로 인해 산화그래핀의 분산안정성이 저하되어, 낮은 보강효율을 보임을 알 수 있었다.

특집(特輯) 논문(論文): `11 춘계학술대회 우수 논문 ; PLA/CNT 복합재료의 결정화 특성 및 가수분해에 미치는 CNT 영향에 대한 연구

이미현 ( Mei Xian Li ) , 김성하 ( Sung Ha Kim ) , 김시환 ( Si Hwan Kim ) , 박종규 ( Jong Kyoo Park ) , 이우일 ( Woo Il Lee )
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환경오염이 나날이 증가함에 따라 바이오 재료에 대한 관심이 커지고 있다. 본 연구에서는 생분해성 열가소성 수지인 폴리 유산 (PLA)을 기지재료로 하고 탄소나노튜브 (CNT)를 나노 filler로 사용하여 압출 및 사출공정을 통하여 복합재료를 제작하였다. 시편의 결정화도를 변화시키기 위하여 어닐링 시간에 변화를 주어 처리하였다. PLA의 결정화 특성은 시차주사열량계 (DSC)를 통하여 평가하였고, 적당한 양의 CNT가 PLA의 결정화 속도를 향상시킨 것을 확인할 수 있었다. 그 외에 PLA/CNT 복합재료의 가수분해 속도는 순수 PLA에 비하여 빠르지만 PLA/CNT 복합재료의 결정화도가 증가함에 따라 가수분해 속도가 늦어지는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 가수분해가 PLA/CNT의 계면에서 쉽게 일어나고 결정화도가 높아짐에 따라 분자 구조가 치밀해지기 때문인 것으로 판단 된다.

특집(特輯) 논문(論文): `11 춘계학술대회 우수 논문 ; 극저온에서의 미세역학시험법을 이용한 섬유/수지 복합재료의 계면 특성 평가

권동준 ( Dong Jun Kwon ) , 왕작가 ( Zuo Jia Wang ) , 구가영 ( Ga Young Gu ) , 엄문광 ( Moon Gwang Um ) , 박종만 ( Joung Man Park )
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극저온 응용에서 사용하는 고분자복합재료의 계면물성 유지가 아주 중요하다. 본 연구에서는 상온과 극저온에서 사용하는 단일 탄소섬유강화 에폭시 복합재료를 마이크로드롭넷 시험과 전기-미세역학시험법을 이용한 계면전단강도와 겉보기 강성도를 평가하였다. 탄소섬유와 저온용 에폭시의 극저온에 따른 기계적 물성변화를 확인하였다. 극저온에서 탄소섬유 인장실험 결과, 상온과 비교하여 강성도는 유지하면서 강도와 연신율이 감소하였다. 이에 비해, 에폭시 기지는 상온보다 극저온에서 강도가 증가되었으나, 연신율이 감소하는 결과를 보여주었다. 이는 탄소섬유에 비해 에폭시 수지내 존재하는 빈 공간이 극저온에서 열 적 수축이 최대로 일어나기 때문이다. 계면전단강도는 -10 °C에서 최대를 보인 후에 극저온까지 점차 감소를 보여 주었다. 그러나, 탄소섬유와 YDF-175 에폭시가 극저온에서도 여전히 상온보다 양호한 계면전단강도를 보여주었다. 이 결과는 극저온 응용에 아주 유용하며 선정된 저온용 에폭시의 인성과 계면접착력이 극저온에서도 유지되기 때문이다.

특집(特輯) 논문(論文): `11 춘계학술대회 우수 논문 ; 수중운동체 적용을 위한 샌드위치 복합재 원통의 좌굴 해석 및 시험

김지선 ( Ji Seon Kim ) , 이경찬 ( Gyeong Chan Lee ) , 권진회 ( Jin Hwe Kweon ) , 최진호 ( Jin Ho Choi ) , 조종래 ( Jong Rae Cho ) , 조상래 ( Sang Rae Cho ) , 조윤식 ( Yoon Sik Cho )
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본 연구에서는, 복합재 샌드위치를 수중운동체용 구조물에 적용하기 위한 기초연구로서, 샌드위치 복합재 원통의 제작, 좌굴 해석 및 시험 방법, 중량저감 효과를 분석하였다. 우선 면재에 주름이 생기지 않도록 하는 2단계 샌드위치 제작 방법을 소개하고, 이를 사용하여 원통을 제작하여 수압시험을 수행하였다. 동시에 MSC Nastran의 쉘요소와 고체요소를 사용한 유한요소해석을 수행하여 시험결과와 비교하였다. 시험과 해석의 결과 비교로부터 선형 유한요소해석으로도 샌드위치 원통의 좌굴압력을 3% 내외의 오차로 정확히 예측할 수 있음을 확인하였다. 또한 필라멘트 와인딩 원통에 대한 인자연구를 통해 샌드위치를 사용할 경우 동일한 지지압력에서 필라멘트 와인딩 원통보다 최소 30% 이상 무게가 줄어드는 것을 확인하였다.

논문(論文) : CVD 다이아몬드 및 PCD 드릴을 이용한 항공용 CFRP 복합재료의 홀 가공성 비교

권동준 ( Dong Jun Kwon ) , 왕작가 ( Zuo Jia Wang ) , 구가영 ( Ga Young Gu ) , 박종만 ( Joung Man Park )
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최근 항공용 재료 산업 분야에서 널리 사용되고 있는 CFRP의 활용이 증가되고 있다. 하지만, CFRP와 같은 복합재료 부품의 결합 시에 단점이 있다. 복합재료를 이용한 다양한 구조를 제조하기 위해선 많은 홀 가공이 필요하다. 일반적으로 CFRP 홀 가공시 내구성이 매우 강한 polycrystalline crystalline diamond (PCD) 드릴을 사용한다. 하지만, 단가가 비싸고 가공 속도가 느리기 때문에 내구성은 PCD 드릴에 비해 약하나 드릴 형상 변화를 통해 가공 속도를 조절 할 수 있고, 비교적 가격이 저렴한 chemical vapor deposition (CVD) 다이아몬드 코팅 드릴의 사용량이 증가 되고 있다. 본 연구에서는, PCD 드릴과 CVD 다이아몬드 코팅 드릴의 홀 가공성을 비교 평가하였다. 먼저, 홀 가공 조건 식 (날당 이송량, 절삭 속도)을 이용하여 CFRP 홀 가공성을 평가했으며, CFRP 가공 시 드릴링 과정에서 발생하는 시편 내부의 열적 손상 정도를 비교했다. 열화상 카메라로 촬영한 홀 가공 시 발생되는 온도를 이용한 경험식을 만들어 두 드릴의 발열 정도에 따른 홀 가공성을 비교 평가하였다. 또한, 홀 가공 시 발생하는 칩(chip) 배출 여부에 따른 홀 내부의 상태를 평가하여 CVD 다이아몬드 코팅 드릴과 PCD 드릴의 CFRP 홀 가공성을 비교했다. 전반적으로 PCD 드릴의 홀 가공성이 CVD 다이아몬드 드릴에 비해 우수한 성능을 나타냈지만, 홀 생성 속도는 CVD 다이아몬드 드릴이 PCD 드릴에 비해 빠른 결과를 나타냈다.

논문(論文) : 원공을 가지는 복합재 적층판의 인장강도 예측 기법

이흔주 ( Heun Ju Lee ) , 신인수 ( In Soo Shin ) , 정문규 ( Mun Gyu Jeong ) , 권진회 ( Jin Hwe Kweon ) , 최진호 ( Jin Ho Choi )
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전통적인 특성길이 방법을 이용하여 원공이 있는 복합재 적층판의 강도를 예측하기 위해서는 원공이 있는 적층뿐만 아니라 원공이 없는 적층판에 대한 시험 결과와 유한요소해석이 필요하였다. 본 논문에서는 응력집중계수와 재료상수를 이용하여 유한요소해석 없이 복합재 적층판 원공 주위의 응력분포 및 인장특성길이를 추정하고, 이를 바탕으로 원공이 있는 복합재 적층판의 인장강도를 예측할 수 있는 방법을 제안하였다. 또한 새로운 방법에서는 재료의 효과가 변수로 고려되므로 다양한 재료에 대한 적용이 가능하며 원공이 있는 복합재 적층판에 대한 시험도 생략할 수 있다. 적층판 주위의 응력분포는 유한요소해석과의 비교를 통해 검증하였고, 최종적으로는 USN125 탄소/에폭시 적층판을 제작하여 파손하중 예측 결과와 시험 결과를 비교하였다. 원공이 있는 다양한 형상의 복합재 적층판의 파손강도 예측 결과는 최대 8% 이내의 오차로 시험 결과와 잘 일치함을 확인하였다.

논문(論文) : 고압가스 연료탱크의 손상평가를 위한 음향방출 변수의 분석

지현섭 ( Hyun Sup Jee ) , 이종오 ( Jong O Lee ) , 주노회 ( No Hoe Ju ) , 이종규 ( Jong Kyu Lee ) , 소철호 ( Cheal Ho So )
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본 논문은 자동차용 type II CNG 연료탱크의 손상평가를 위하여 파열시험 중 발생하는 음향방출 변수의 분석에 관한 연구이다. 음향방출 신호의 kaiser effect, felicity effect 및 creep effect의 관찰과 전체 hits에서 진폭 60dB이상의 hits가 차지하는 비율 계산으로 연료탱크의 손상도를 평가할 수 있었으며, 평균 rise time, 평균 진폭 및 평균 initial, reverbration 주파수를 분석함으로써 압력용기의 손상메커니즘을 추정하였다.

논문(論文) : 단섬유강화 플라스틱 복합재료 구조해석 기법연구

윤지용 ( Jee Young Youn ) , 김상우 ( Sang Woo Kim ) , 박봉현 ( Bong Hyun Park ) , 이성훈 ( Seong Hoon Lee ) , 권태헌 ( Tai Hun Kwon ) , 김기태 ( Ki Tae Kim )
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본 연구는 사출 성형 공정을 통하여 제작되는 단섬유강화 플라스틱 복합재료의 구조해석 기법에 관한 내용으로 소재의 이방성 기계물성을 예측하고 이를 구조해석에 적용하도록 하였다. 사출 성형 공정을 통하여 제작되는 단섬유강화 플라스틱 복합재료의 구조해석에 있어서 기존의 경우는 일반적으로 소재의 기계적 물성을 균질 등방성 탄성 모델로 이용하여 왔으나, 실제 부품 파손 모드와 크게 상이한 경우가 많다. 이러한 점을 극복하고자 사출 성형 흐름 해석, 일방향성 복합재료의 Halpin-Tsai 식과 배향 평균 모델을 도입하여 단섬유강화 플라스틱 복합재료의 섬유배향 효과가 고려되도록 새로운 구조해석 시스템을 개발하였다. 해석의 정확도는 시편시험 결과와의 비교를 통하여 검증하였으며, 섬유 배향 및 웰드라인 영향 및 섬유 함량에 따른 변화가 해석에 잘 반영됨을 확인하였다. 또한 자동차 부품에 개발된 해석 시스템을 적용하여 균질 등방 모델과 달리 부품의 위치별로 다른 기계적 성능이 반영되고, 사출 게이트 위치에 따라 유리섬유 배향이 변화하여 부품의 성능이 달라짐을 확인하였다.

논문(論文) : 서로 다른 수분율을 갖도록 염수환경에 노출된 복합재 접착체결부의 강도

양현정 ( Hyeon Jeong Yang ) , 정문규 ( Mun Gyu Jeong ) , 권진회 ( Jin Hwe Kweon ) , 최진호 ( Jin Ho Choi )
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본 연구에서는 탄소/에폭시 복합재 단일겹침 접착체결부의 염수 수분율이 체결부의 강도 및 파손모드에 미치는 영향을 연구하였다. 시편은 이차접착 방식으로 제작하였고, 71℃, 3.5% 염수환경에서 수분율 0, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0%(포화상태)를 갖도록 노출시켰다. 수분율별 시편은 각 8개씩이고, 두 종류의 시험환경을 고려하여 총 80개의 시편에 대한 시험을 수행하였다. 시험결과 복합재 체결부의 강도는 수분율이 2%(포화상태)에 도달하면 감소하지만 그 이전 과도상태(약 1% 근처까지)에서는 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 또한 수분율 1%까지는 고온 환경에서의 강도가 상온 강도보다 2~5% 가량 높게 나타났다. 그러나 수분 포화된 고온 환경 체결부의 강도는 상온 강도 대비 약 5% 가량 저하되는 것으로 나타났다.

해외(海外) 기술동향(技術動向)

김천곤 ( Chun Gon Kim )
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