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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 : 28권 5호 (2015)

탄소섬유 펼침 기술 및 이를 적용한 적층 복합재료의 기계적 특성

박성민 ( Sungmin Park ) , 김명순 ( Myungsoon Kim ) , 최윤성 ( Yoonsung Choi ) , 이은수 ( Eunsoo Lee ) , 유호욱 ( Howook Yoo ) , 천진성 ( Jinsung Chon )
4,500
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본 연구는 탄소섬유 펼침 기술을 이용한 적층 복합재료의 특성을 평가하였다. 섬유 펼침 기술이 적용되어 기존 12 K 탄소섬유 토우의 폭이 7 mm에서 20 mm로 늘어나면서 두께가 더 얇아졌다. 폴리프로필렌 필름을 spread tow에 함침시켜 프리프레그를 만들고 이를 적층 후 열압축 성형을 통해 시편을 제조하였으며 이들의 기공함유량 및 인장, 굴곡 시험을 통해 물리적, 기계적 물성을 평가하였다. 그 결과, 탄소섬유 펼침 기술이 적용된 적층 복합재료의 기공함유량이 기존의 섬유 토우를 사용한 것보다 작게 나타났고, 섬유함유량이 낮았음에도 불구하고 기계적 물성이 향상됨을 알 수 있었다.

젖음성 제어를 이용한 탄소섬유/알루미늄 복합재료 제조

이용범 ( Yongbeom Lee ) , 박상진 ( Sangjin Park ) , 한준현 ( Junhyun Han )
4,500
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탄소섬유에 대한 액상 알루미늄의 젖음성이 매우 좋지 않기 때문에 통상적인 주조방법으로는 기공이 없는 건전한 탄소섬유/알루미늄 복합재료 제조가 어려워 이를 극복하기 위해서는 복합재료 주조 시 고온, 고압이 요구된다. 본 연구에서는 탄소섬유 표면에 무전해 도금에 의해 구리를 코팅함으로써 탄소섬유에 대한 알루미늄의 젖음성을 향상시켜 고온, 고압을 가하지 않고 액상의 알루미늄이 탄소섬유들 사이를 자발적으로 침투하여 내부기공이 매우 적은 건전한 탄소섬유/알루미늄 복합재료를 제조할 수 있었다. 제조된 탄소섬유/알루미늄 복합재료내 일부 탄소섬유 다발 안에서 미세기공이 발생하였으나 이 미세기공은 압연과 같은 후 가공에 의해 탄소섬유와 알루미늄 사이의 계면분리나 탄소섬유의 파괴 없이 효과적으로 제거될 수 있었다. 복합재료 제조 시 발생한 미세기공은 탄소섬유와 알루미늄의 젖음성 문제는 아니며 탄소섬유들 사이 공간을 효과적으로 채웠던 액상 알루미늄이 냉각되는 동안 수축으로 인해 일부 탄소섬유들 사이로부터 빠져 나가 수축공 형태의 기공이 발생한 것으로 판단된다.

분자동역학 시뮬레이션을 이용한 CNT/에폭시 복합재의 열기계적 거동 예측

최회길 ( Hoikil Choi ) , 정하나 ( Hana Jung ) , 유재성 ( Jaesang Yu ) , 신의섭 ( Euisup Shin )
4,500
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본 논문에서는 CNT강화 에폭시 복합재의 열기계적 거동을 예측하고 그 경향을 분석하기 위해 분자동역학 시뮬레이션을 이용하여 해석을 수행하였다. 에폭시 내부 CNT의 체적비율을 0~25%까지 총 6개의 모형을 구성하였다. 열적 거동을 보기 위해 300~600 K까지 일정하게 온도를 상승시켰으며, 온도와 비체적 관계를 이용하여 유리전이 온도와 열팽창 계수를 산출하였다. 또한 일정 변형도 하중을 통해 탄성 계수를 산출하여 기계적 거동을 예측하였다. 추가적으로 CNT의 표면처리에 따른 기계적 거동을 분석하였다. 질소 도핑 및 COOH, OH 그룹을 처리한 3개의 모형을 구성하였으며, 각 모형의 탄성 계수 및 경계면 거동에 대한 해석을 수행하였다. 이를 통해 에폭시 내부 CNT의 응집은 열기계적 거동에 교란을 가지고 올 수 있으며, 표면처리는 복합재의 기계적 물성뿐만 아니라 경계면 특성까지도 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

아민 분자로 개질된 그래핀 섬유의 제조 및 응용

이원오 ( Wonoh Lee ) , 윤상수 ( Sangsu Yoon ) , 엄문광 ( Moonkwang Um ) , 이재욱 ( Jeauk Lee )
4,500
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최근에 각광을 받고 있는 섬유강화 복합재료, 웨어러블 전자소자, 그리고 전자파 차폐재료 같은 다양한 응용분야에 적용하기 위해서, 높은 기계적·전기적 특성을 갖는 그래핀 섬유를 대량으로 생산하는 일은 산업적으로 매우 의미가 있다. 본 연구에서는 다이-아민 그룹으로 화학적 치환 된 산화 그래핀을 습식 방사 공정을 통하여 섬유로 제조하는 효율적인 공정을 개발하였다. 다이-아민 그룹으로 치환된 산화 그래핀은 합성이 용이하고 수용액에서 분산성이 매우 좋으며, 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능한 장점을 가지고 있다. 이렇게 제조된 아민-치환 그래핀 섬유는 산화 그래핀 섬유와 비교해서 높은 기계적, 전기적 특성을 보이기 때문에 웨어러블 전자 소자에 응용이 기대된다.

Special Issue Paper : Polyvilylidenefluoride-based Nanocomposite Films Induced-by Exfoliated Boron Nitride Nanosheets with Controlled Orientation

( Hongbaek Cho ) , ( Tadachika Nakayama ) , ( Daeyong Jeong ) , ( Satoshi Tanaka ) , ( Hisayuki Suematsu ) , ( Koichi Niihara ) , ( Yongho Choa )
4,500
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Polyvinylidene fluoride (PVDF)-based nanocomposites are fabricated by incorporation of boron nitride (BN) nanosheets with anisotropic orientation for a potential high thermal conducting ferroelectric materials. The PVDF is dissolved in dimethylformamide (DMF) and homogeneously mixed with exfoliated BN nanosheets, which is then cast into a polyimide film under application of high magnetic fields (0.45~10 T), where the direction of the filler alignment was controlled. The BN nanosheets are exfoliated by a mixed way of solvothermal method and ultrasonication prior to incorporation into the PVDF-based polymer suspension. X-ray diffraction, scanning electron microscope and thermal diffusivity are measured for the characterization of the polymer nanocomposites. Analysis shows that BN nanosheets are exfoliated into the fewer layers, whose basal planes are oriented either perpendicular or parallel to the composite surfaces without necessitating the surface modification induced by high magnetic fields. Moreover, the nanocomposites show a dramatic thermal diffusivity enhancement of 1056% by BN nanosheets with perpendicular orientation in comparison with the pristine PVDF at 10 vol % of BN, which relies on the degree of filler orientation. The mechanism for the magnetic field-induced orientation of BN and enhancement of thermal property of PVDF-based composites by the BN assembly are elucidated.

적층배열 변화에 따른 진동하는 복합재료 적층 구조의 미시역학적 물성변화 추정

김규동 ( Gyudong Kim ) , 이상열 ( Sangyoul Lee )
4,500
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본 연구의 목적은 고유진동 응답데이터로부터 적층된 GFRP 판구조의 섬유 물성 변화를 추정하는 것이다. 고등유한요소 상용프로그램(ABAQUS)와 연동된 알고리즘은 미시역학적 관점에서 손상된 요소를 추정할 뿐만아니라 위치, 개수 및 정도를 탐색할 수 있다. 연동된 기법을 적용하여 역문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 모드형상 대신 제한된 몇 개의 고유진동수 데이터만을 적용하였다. 몇가지 수치해석 결과로부터 제안된 시스템기법은 다양한 적층배열을 갖는 복합재료 적층판과 같은 복잡한 구조물의 섬유 강성 변화를 추정하는 데 수치해석적으로 효율적임을 보여준다.

충돌 하중을 고려한 친환경 자연섬유 복합재 적용 자동차 차체 패널의 구조 설계 연구

박길수 ( Kilsu Park ) , 공창덕 ( Changduk Kong ) , 박현범 ( Hyunbum Park )
4,500
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본 연구에서는 자동차 구조물의 경량화를 위해 자연섬유 복합재료를 적용하여 차량용 패널의 구조 설계 및 해석을 수행하였다. 구조 설계를 위해 Flax/vinyl ester 복합재료를 적용하였다. 섬유 복합재 패널의 제조공법은 VARTML(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding-Light) 제조공법이 적용되었다. 구조 설계 후 충돌에 의한 구조물의 안전성을 분석하기 위해 충돌 실험을 수행하였다. 충돌 실험은 유럽 보행자 보호 기준에 맞게 수행하였으며 해석 결과를 검증하기 위하여 시편을 제작해 충격 실험을 수행하였다. 또한 충격 손상 후 구조물의 잔류강도를 측정하기 위해 손상을 가한 시편의 압축강도 실험을 수행하였다.

Paper : Multi-Objective Design Optimization of Composite Stiffened Panel Using Response Surface Methodology

( Mohanraj Murugesan ) , ( Beomsoo Kang ) , ( Kyunghoon Lee )
5,400
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This study aims to develop efficient composite laminates for buckling load enhancement, interlaminar shear stress minimization, and weight reduction. This goal is achieved through cover-skin lay-ups around skins and stiffeners, which amplify bending stiffness and defer delamination by means of effective stress distribution. The design problem is formulated as multi-objective optimization that maximizes buckling load capability while minimizing both maximum out-of-plane shear stress and panel weight. For efficient optimization, response surface methodology is employed for buckling load, two out-of-plane shear stresses, and panel weight with respect to one ply thickness, six fiber orientations of a skin, and four stiffener heights. Numerical results show that skin-covered composite stiffened panels can be devised for maximum buckling load and minimum interlaminar shear stresses under compressive load. In addition, the effects of different material properties are investigated and compared. The obtained results reveal that the composite stiffened panel with Kevlar material is the most effective design.

탄소섬유 산화 현상을 고려한 탄소복합재료의 섬유체적비 측정법

김윤호 ( Yunho Kim ) , ( Sathish Kumar ) , 최충현 ( Chunghyeon Choi ) , 김천곤 ( Chungon Kim ) , 김선원 ( Sunwon Kim ) , 임재혁 ( Jaehyuk Lim )
4,500
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섬유체적비에 따라 복합재료의 기계적 열적 특성이 크게 달라지기 때문에, 복합재료 설계시 섬유체적비를 올바르게 측정하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 섬유체적비를 측정하는 여러 방법은 산화되지 않는 유리섬유나 세라믹섬유를 사용한 복합재료의 경우에는 적합하고 효율적이다. 하지만 산화현상이 있는 탄소섬유의 경우에는 산화 방법과 조건에 따라서 다른 결과를 가져오게 되며 그러므로 올바른 섬유체적비를 측정이 어렵다. 본연구에서는 Thermogravimetric analysis를 수행하여 산화되는 탄소섬유의 질량 감소량을 보정하여 탄소섬유 복합재료의 섬유체적비를 측정하였고 현미경 단면 이미지를 이용하여 그 결과를 검증하였다.

마이크로캡슐이 폴리머 수지의 기계적 특성 및 열안정성에 미치는 영향

윤성호 ( Sungho Yoon ) , 김민식 ( Minsik Kim ) , 장세용 ( Seyong Jang )
4,500
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본 연구에서는 자가치료용 마이크로캡슐이 함유된 복합재의 경우 함유된 마이크로캡슐이 복합재의 기계적 특성과 열안정성에 미치는 영향을 실험적으로 고찰하였다. 이를 위해 melamine-urea-formaldehyde(M-U-F) 박막을 갖는 70~130 μm 직경의 마이크로캡슐들이 함유된 인장시편과 굽힘시편을 에폭시 수지와 폴리에스터 수지로 제작하였다. 이때 마이크로캡슐의 함유량은 0 wt%, 0.5 wt%, 1.0 wt%이다. 인장시험과 굽힘시험을 통해 마이크로캡슐이 함유된 수지시편의 기계적 특성을 평가하였으며 열중량 분석시험을 통해 마이크로캡슐이 함유된 수지 시편의 열안정성을 평가하였다. 연구결과에 따르면 인장탄성계수는 마이크로캡슐의 함유에 큰 영향을 받지 않지만 인장강도는 인장탄성계수에 비해 마이크로캡슐의 함유에 민감하게 나타났다. 그러나 인장강도의 저하는 마이크로캡슐의 함유량에 선형적으로 비례하지는 않았으며 굽힘시험의 결과에서도 유사한 양상이 관찰되었다. 또한 온도 변화에 따른 마이크로캡슐이 함유된 수지시편의 무게 변화는 마이크로캡슐이 함유되지 않은 수지시편의 경우와 유사하여 마이크로캡슐을 수지에 함유시키더라도 열안정성에는 큰 영향이 없음을 알 수 있었다.
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