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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 : 30권 1호 (2017)

고방열 복합소재 개발을 위한 고열전도성 액정성 에폭시 수지의 개발

김영수 ( Youngsu Kim ) , 정진 ( Jin Jung ) , 여현욱 ( Hyeonuk Yeo ) , 유남호 ( Nam-ho You ) , 장세규 ( Se Gyu Jang ) , 안석훈 ( Seakhoon Ahn ) , 이승희 ( Seung Hee Lee ) , 고문주 ( Munju Goh )
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에폭시 수지는 3차원 네트웍 구조를 갖는 대표적인 열경화성 수지이다. 최근 에폭시 수지의 네트웍 구조를 제어하여 새로운 기능성 에폭시를 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 액정성 에폭시를 대표로 하는 새로운 개질 에폭시는 랜덤한 형태의 네트웍 구조를 배향 구조로 변경함으로써, 기존의 에폭시로부터 얻을 수 없는 새로운 기능성 발현에 성공하고 있다. 본 논문에서는 액정성 에폭시 수지의 합성과 고방열성 복합재료로의 응용에 관하여 설명하였다.

Inter-lamina Shear Strength of MWNT-reinforced Thin-Ply CFRP under LEO Space Environment

( Jin Bum Moon ) , ( Chun Gon Kim )
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In this paper, the inter-lamina shear strength (ILSS) of multi-wall carbon nanotube (MWNT) reinforced carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and thin-ply composites were verified under low earth orbit (LEO) space environment. CFRP, MWNT reinforced CFRP, thin-ply CFRP and MWNT reinforced thin-ply CFRP were tested after aging by using accelerated ground simulation equipment. The used ground simulation equipment can simulate high vacuum (2.5 × 10-6 torr), atomic oxygen (AO, 9.15 × 1014 atoms/cm2·s), ultraviolet light (UV, 200 nm wave length) and thermal cycling (-70~100°C) simultaneously. The duration of aging experiment was twenty hours, which is an equivalent duration to that of STS-4 space shuttle condition. After the aging experiment, ILSS were measured at room temperature (27°C), high temperature (100°C) and low temperature (-100°C) to verify the effect of operation temperature. The MWNT and thin-ply shows good improvement of ILSS at ground condition especially with the thin-ply. And after LEO exposure large degradation of ILSS was observed at MWNT added composite due to the thermal cycle. And the degradation rate was much higher under the high temperature condition. But, at the low temperature condition, the ILSS was largely recovered due to the matrix toughening effect.

압축 응력 변화에 대한 압전 단결정의 물성 변화를 고려한 압전 복합재료 작동기의 작동 변위 예측

윤범수 ( Bum Soo Yoon ) , 박지원 ( Ji Won Park ) , 윤광준 ( Kwang Joon Yoon ) , 최현영 ( Hyun Young Choi )
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본 논문에서는 지능 구조물 작동기의 성능 향상을 위해 압전 단결정을 적용한 압전 복합재료 작동기 LIPCAS2를 설계, 제작하고 성능을 측정하였다. 외팔보 형태로 고정된 LIPCA-S2의 끝단 변위를 예측하기 위하여 공급 전압에 대한 압전 재료 작동층의 변형을 기반으로 곡률 변화 예측 모델을 적용하였으며, 실제 작동기의 성능을 측정하여 두 결과를 비교하였다. 외팔보 상태의 LIPCA-S2의 끝단 처짐에 대한 결과를 비교하였을 때, 예측 결과가 측정 결과에 비하여 4배 정도 크게 예측되었음을 확인하였다. 각 결과의 차이는 LIPCA-S2 내부에 삽입된 압전 단결정에 작용하는 압축 응력에 대하여 압전 단결정 특성이 영향을 미치는 것이라 가정하여, LIPCA-S2를 제작하는 과정에서 발생된 잔류 응력과, 작동층에 전압을 가하며 작동기를 구동했을 때 발생하는 응력 변화를 고전 적층 이론을 통해 계산하였다. 박판 압전 단결정에 평면 방향으로 압축 응력이 변할 때, 압전 변형상수의 변화와 탄성계수의 변화를 측정하였고, 이러한 특성 변화를 고려한 새로운 예측 모델을 활용한 예측 결과는 실제 측정값에 근접함을 알 수 있었다.

BGF/PLA 복합재료를 이용한 골절치료용 고정판의 체액 노출 조건에 따른 성능평가

정경채 ( Kyung Chae Jung ) , 한민구 ( Min Gu Han ) , ( Ali Mehboob ) , 장승환 ( Seung Hwan Chang )
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본 연구에서는 일방향 생분해성 유리섬유(BGF)와 친환경 생분해성 수지인 폴리락트산(PLA)을 이용하여 골절치료용 복합재료 고정판을 제작하고 체액 노출에 따른 고정판의 성능 변화를 확인하고자 50.0°C 온도조건으로 설정된 인산완충식염수(PBS)에 제작된 생분해성 고정판을 0~3주 동안 노출시켜 질량 변화를 측정하고 4점 굽힘 실험을 수행하였다. 굽힘 강성, 수분 흡수율, 그리고 질량 감소율과 같은 기계적 특성 변화를 파악하였으며 실험 결과로부터 노출 기간이 증가함에 따라 고정판을 구성하고 있는 생분해성 재료들의 손실로 인해 기계적 물성이 서서히 저하되는 경향을 보이는 것을 확인하였다.

열전도도 향상을 위한 직물섬유 복합재의 최적구조 설계

김명수 ( Myungsoo Kim ) , 성대한 ( Dae Han Sung ) , 박영빈 ( Young Bin Park ) , 박기원 ( Kiwon Park )
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본 연구에서는 직물섬유 복합재의 열전도를 구하는데 있어 기존의 연구보다 개선된 방법을 제시하고, 직물섬유의 기하학적 구조가 복합재의 열전도도 향상에 미치는 영향, 그리고 유전 알고리즘(Genetic algorithm)을 이용하여 복합재의 열전도도 향상을 위한 최적구조 설계에 관한 연구를 하였다. 직물섬유의 구조를 토우의 물결무늬와 너비 및 두께를 이용하여 구현하였고, 열전도도는 열전기유사법(Thermal-electrical analogy)을 이용하여 구하였다. 유전 알고리즘에서 염색체 문자열은 fill과 warp tow의 두께와 너비로 하였고 복합재의 열전도도를 향상 시키는 방향으로 목적함수를 정하였다. 연구결과 직물섬유 복합재의 열전도도를 예측을 위한 향상된 방법이 제시되었고, 섬유토우 사이의 간격(inter-tow gap)이 넓어 질수록 복합재의 열전도도가 감소하는 것으로 나타났다. 직물섬유 복합재의 구조 최적화에서는 이론적 수치해석 결과가 제시되었는데, 전체적으로 섬유토우(tow)의 축의 수직 방향보다는 축 방향의 열전도도 성분이 복합재의 전체 열전도도 향상에 크게 기여를 하는 것으로 나타났다.

천연섬유 복합재료의 홀 가공을 위한 파라메트릭 연구

이동우 ( Dong Woo Lee ) , 오정석 ( Jung Suck Oh ) , 송정일 ( Jung Il Song )
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본 연구에서는 천연섬유 복합재료의 홀 가공 인자를 최적화 하기 위하여, 진공 인퓨전 성형공정을 이용하여 천연섬유 복합재료를 제조하였으며 보강재로는 아마섬유를 사용하였다. 그 후 가공에 적합한 드릴을 설계하고, 선정된 가공조건에 따라 홀 가공을 수행하였다. 실험횟수를 최소화하기 위하여 다구찌 실험계획법을 사용하였으며, 홀 가공 후 가공면내 거칠기를 측정하고 거칠기비 분석을 통하여 그 결과를 비교하였다. 실험결과 천연섬유 복합재료의 가공 시 절삭저항을 분산할 수 있는 새로운 드릴을 설계하였다. 이 드릴을 사용할 경우 가공중의 절삭저항이 분산되었으며, 표면거칠기가 최소화된 천연섬유 복합재료를 얻을 수 있었다. 또한 홀 가공에 적합한 최적의 드릴 회전속도 및 이송속도를 선정하였다.

Preparation and Characterization of Silicone and Fluorine-Oil-Based Ferrofluids

( Jong Hee Kim ) , ( Keun Bae Park ) , ( Ki Soo Kim )
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Magnetite nanoparticles were synthesized by adding an ammonium hydroxide to a mixed solution of iron (II) and (III) chlorides. A silicon surfactant of α,ω-(3-aminopropyl)polydimethylsiloxane was adsorbed on the particles as dispersant and a polydimethylsiloxane polymer was used to prepare ferrofluids of silicone oil base. Fluorinated surfactants of anionic ammoniated perfluoroalkyl sulfonamide and nonionic fluoroaliphatic polymeric esters were applied to the particles and a perfluoropolyether was used to prepare ferrofluids of fluorine oil base. The experimental conditions were used for preparing the ferrofluids with concentrations of 200, 300 and 400 mg/mL, and density, magnetization and viscosity of the products were characterized. The density values increased in proportion to the concentration, indicating 1.11-1.27 g/mL for silicone-oil-based fluids and 1.95-2.10 g/mL for fluorine-oil-based fluids in the range of 200-400 mg/mL. The saturation magnetization of the silicone-oil-based and fluorine-oil-based fluids indicated 14.7, 24.4, and 30.7 mT and 15.8, 23.3, and 33.7 mT for 200, 300, and 400 mg/mL, respectively, depending on the content of magnetic particles in the fluid. The viscosity of the silicone-oil-based ferrofluids was highly stable compared to that of the fluorine-oil-based with increasing temperatures. The ferrofluids are usually applied to seals and speakers with the silicone base and to seals with the fluorine base.

유리섬유 분리막 인장으로 인한 구조전지의 전기적 물성 변화

신재성 ( Jae Sung Shin ) , 박현욱 ( Hyun Wook Park ) , 박미영 ( Mi Young Park ) , 김천곤 ( Chun Gon Kim ) , 김수현 ( Soo Hyun Kim )
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질량 및 부피 증가없이 전지와 구조물기능을 복합재에 결합시키는 구조전지 연구가 광범위하게 진행되고 있다. 탄소섬유 및 유리섬유를 하중지지 및 음극, 분리막 용도로 사용하고, 하중전달이 가능한 고체전해질을 모재로 쓰는 것이 현재 아이디어 이지만, 고체전해질이 두 성능을 충분히 만족시키지 못하는 수준이라 구조전지를 구현하지 못하고 있는 실정이다. 그래서, 본 연구는 유리섬유 분리막 및 액체전해질을 사용하여 하중지지 및 전지의 기능을 동시에 수행하는 실험을 구성하여 액체전해액을 사용한 구조전지의 가능성 및 전기적 물성 변화를 관찰하였다. 인장된 분리막은 안정성을 떨어트리는 영향을 미치는데, 이는 양극의 미세입자들이 늘어난 유리섬유의 틈새로 침투하는 것을 분리막이 막지 못하기 때문이라 예상하였고, 상용 분리막을 추가로 사용 하여 그 예상되는 원인을 확인해 보았다. 그리고, 이러한 구조전지 시스템을 구현하기 위해서는 유리섬유 특성의 연구와 전극과 분리막의 계면에 대한 연구가 필요하다.

적층 시퀀스 데이터베이스를 이용한 복합재 날개 구조물의 최적화 설계

장준환 ( Jun Hwan Jang ) , 안상호 ( Sang Ho Ahn )
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본 논문에서 제시한 복합재 날개 구조물의 최적설계 기법은 파손모드를 통합한 최적화 프레임 웍을 사용하여 복합재 날개 구조물의 안전율을 자동으로 계산한다. 개발된 최적화 프레임 웍은 복합재 구조물의 설계요소에 가장 큰 영향을 주는 파손모드 즉, 최초 파손모드, 좌굴 파손 모드 및 베어링-바이패스 파손을 확인하여 구축된 적층 데이터베이스 안에서 적층수를 찾아낸다. 이는 개발과정에서 수정 및 반복되는 설계 및 해석 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다. 설계변수는 계단형태로 이루어진 적층 데이터베이스이며 응답은 변형률, 좌굴, 볼트 주변부의 응력장이며 목적함수는 날개구조의 질량이다. 그리고 최적화 프레임 윅을 구동하는 Composite Optimizer의 해석결과를 검증하기 위하여 유한요소모델의 좌굴해석 결과와 비교하여 유효성을 검증하였다.

마닐라 삼/비닐에스터 복합재료의 내화성 연구

이동우 ( Dong Woo Lee ) , 박병진 ( Byung Jin Park ) , 송정일 ( Jung Il Song )
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향상된 특성을 갖는 환경친화적인 복합재료의 개발은 고분자재료의 미래에 있어 필수적이며, 부분적으로 또는 완전히 재생가능한 기지재 또는 보강재에 단지 몇 %의 첨가제를 첨가함으로써 쉽게 제작할 수 있다. 본 연구에서는 마닐라삼 섬유를 보강재로, 비닐에스터를 기지재로 사용하였으며, VARTM 공정을 이용하여 복합재료를 제조하였다. 또한 마닐라삼 섬유의 알칼리표면처리를 수행하고, APP, HNT를 난연제를 첨가함으로써 기계적 물성과 난연 물성을 향상시키고자 하였다. 실험을 통하여 표면처리가 천연섬유의 친수성을 감소시키고 소수성인 기지재와의 계면접착력을 향상시켰으며, 이는 개발된 복합재료의 기계적 물성 향상을 이끌었다. 유사하게, 복합재료의 난연성도 난연제의 함량이 증가함에 따라 크게 향상되는 결과를 얻을 수 있었다.
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