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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 5호 (2017)

그래핀 기반 폴리이미드 복합재의 기계적 물성

남기호 ( Ki-ho Nam ) , 유재상 ( Jaesang Yu ) , 유남호 ( Nam-ho You ) , 한학수 ( Haksoo Han ) , 구본철 ( Bon-cheol Ku )
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고분자 복합재료는 유기 중합체인 고분자 수지를 기지로 다양한 충전제를 균일하게 분산시킨 소재로서 가공성이 우수하며 제품의 다양성이 많은 특징이 있다. 최근에는 탄소 나노소재들이 개발됨에 따라 이를 보강재로 활용하여 보다 우수한 복합재료를 개발하기 위한 많은 노력이 있다. 보강재 본래의 특성을 최대한 복합재료로 전환시키기 위해서는 이들의 분산, 배향 및 계면특성이 매우 중요하게 여겨진다. 본 총설 논문에서는 그래핀 기반 폴리이미드 복합재료의 고강도화 및 고인성화 기술 전략으로써 그래핀 기능화에 의한 표면 화학구조와 물성간 상관관계를 도출하고 설명하고자 한다.
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In this study, SiC powder was added to twill woven carbon fiber reinforced plastic (CFRP) composites to improve its mechanical properties. An acoustic emission (AE) frequency analysis method was suggested for the prediction of failure behaviors. Tensile tests were conducted and the fracture characteristics of each component of the SiC reinforced composite were evaluated using AE. The results showed that SiC powder improved the strength of twill woven CFRP composites and the fracture behavior of the SiC reinforced CFRP composite and its crack extension could be effectively evaluated on the basis of the specific AE frequency bands which are 100 to 228 kHz and 428 to 536 kHz upon the resin failure and 232 to 424 kHz due to addition of SiC powder and 576 to 864 kHz at the fiber breakage.

Fabrication of Hybrid Composite Plates with an Active Frequency Selective Surface

( Yun-seok Seo ) , ( Heoung-jae Chun ) , ( Ic-pyo Hong ) , ( Young-bae Park ) , ( Yoon-jae Kim )
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This paper describes the fabrication techniques and analysis of hybrid composite plates with an active frequency selective surface (FSS). For fabricating hybrid composite plate with active FSS, an active FSS with a resonance frequency located in the C band can obtained using varactor diodes. The hybrid composite plate was first designed and simulated to determine its electromagnetic properties using the commercial software HFSS. After simulation, active FSSs and hybrid composite plates were fabricated by mounting with varactor diodes. After fabrication, free space measurement was used to determine the electromagnetic properties of active FSS and the hybrid composite plates. The simulation and experimental results were in good agreement.

변형률을 이용한 복합재 평판 후퇴익 구조물의 변위 예측

김문국 ( Mun-guk Kim ) , 유제균 ( Je-gyun You ) , 김소영 ( So-young Kim ) , 김인걸 ( In-gul Kim ) , 김근상 ( Geun-sang Kim ) , 전민혁 ( Min-hyeok Jeon )
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복합재 후퇴익은 비행 중 굽힘 하중 외에도 비틀림 하중을 받아 복잡한 변형이 발생할 수 있다. 따라서 복잡한 변형이 나타나는 복합재 후퇴익의 구조 건전성 평가를 위해 복합재 후퇴익 구조물의 변위 예측이 요구된다. 날개의 변위 예측은 변위와 변형률 관계를 통해 예측할 수 있지만 후퇴익의 복잡한 변형으로 고정단 부근의 변형률 분포는 복잡하게 나타나기 때문에 일부 위치의 변형률 센서만으로 변형률을 측정하면 변위 예측의 오차가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 복잡한 변형률 분포를 고려한 평판 형태의 복합재 후퇴익의 변위를 예측하는 연구를 수행하였다. 유한요소 해석을 통해 변형률 측정 지점을 선정하였다. 측정 지점의 변형률을 이용하여 예측한 변위는 해석에서 계산된 변위와 잘 일치하였으며, 실험을 통하여 검증하였다.

상변화물질을 이용한 PMMA 복합필름의 방열 성능 향상에 관한 연구

권준혁 ( Junhyuk Kwon ) , 윤범용 ( Bumyong Yoon ) , 조승현 ( Seung-hyun Cho ) , 김형익 ( Stephanie K. Lee ) , 김동현 ( Hyung-ick Kim ) , 박경의 ( Donghyun Kim ) , 서종환 ( Kyungui Park ) , ( Jonghwan Suhr )
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본 연구에서는 전자기기 사용에 이슈가 되고 있는 발열 문제를 해결하고자 상변화물질(PCM)의 잠열 특성을 이용하여 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 복합필름을 제조하고 방열 성능을 평가하였다. 이를 위해 용융 온도가 서로 다른 두 가지의 상변화물질을 사용하여 제작한 PCM/PMMA 복합필름의 열적 특성을 비교 분석하여 다양한 사용조건에 따른 유효성을 검증하였고, Compression Molding 방법과 PCM Paste Sealing 방법에 따른 PCM/PMMA 복합필름의 방열 특성을 비교 분석하여 최대의 방열 효과를 달성할 수 있는 최적의 방법을 도출하였다. 또한 PCM/PMMA 복합필름의 방열 성능을 최대화하기 위해 열전도율이 높은 흑연과 그래핀을 추가로 적층하여 제조한 Hybrid 복합필름의 열적 특성을 분석하였고, 이들을 통해 향상된 방열 성능을 실험적으로 검증하였다. 본 연구를 통해 개발된 방열 성능이 우수한 복합필름은 다양한 전자기기에 활용되어 발열 문제를 효과적으로 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

3차원 프리폼 T-빔 구조물의 개발을 위한 적층복합재료 섬유비율의 최적화

이동우 ( Dong-woo Lee ) , 김창욱 ( Chang-uk Kim ) , 변준형 ( Joon-hyung Byun ) , 송정일 ( Jung-il Song )
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본 연구에서는 적층복합재료에 발생하는 주요 손상인 박리를 방지하기 위하여, 굽힘-비틀림 하중이 작용하는 T-빔의 유한요소해석을 수행하였다. 복합재료 T-빔의 제작에 사용할 수 있는 3차원 직조 프리폼을 설계하고자 하였으며, 이는 2차원 구조의 직조섬유가 두께방향으로도 직조가 되어 있는 형태로서, 층간 분리에 의한 박리를 방지할 수 있는 구조이다. 적층복합재료의 해석 및 평가를 위하여 개발된 유한요소해석 소프트웨어인 ANSYS Composites PrePost를 이용하여 구조해석을 수행함으로써 적층복합재료의 섬유비율을 최적화하고, 이를 토대로 3차원 프리폼 T-빔의 제작을 위한 가이드라인을 제시하였다. 해석결과, T-빔의 길이방향 섬유의 비율이 수직방향 섬유의 2배일 때 가장 높은 강도를 보였으며, 하중조건의 변화에도 최적화된 빔 구조의 강도가 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 도출된 섬유비율을 이용하여 3차원 프리폼을 개발할 경우, 박리가 일어나지 않는 고강도의 T-빔 구조물을 제작할 수 있을 것으로 기대된다.

Influence of Organomodified Nanoclay on the Mechanical and Flammability behavior of Jute Fabric/Vinyl Ester Nanocomposites

( M. Latif ) , ( M. N. Prabhakar ) , ( Gi-beop Nam ) , ( Dong-woo Lee ) , ( Jung-il Song )
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Organo-montmorillonite (OMMT) has attracted much attention for fiber-reinforced polymer composites as a filler material due to high aspect ratio and low charge density. The present study focused on the fabrication of nanocomposites using Vinyl ester and Jute fabric as matrix and reinforcement respectively. The OMMT was uniformly dispersed in vinyl ester resin at 1, 2 and 3 wt%, loading through high speed mechanical stirrer at room temperature and further nanocomposites were manufactured through vacuum assisted resin infusion (VARI) technique. Effects of OMMT on the mechanical properties of vinyl ester/Jute composites were carefully investigated through tensile, bending and Izod impact tests, which revealed significant improvement in mechanical properties. The morphology of the nanocomposites after tensile test was investigated by SEM which affirmed that OMMT filled nanocomposites has improved interactions with the host matrix than the pure composites. Based on the nature and flame retardancy mechanism, the OMMT slightly improved the flammability property which was clearly explained by horizontal burning test.

이종입자 강화 SiC/Al7075 금속복합재료의 압축특성 및 마모특성 연구

이동현 ( Donghyun Lee ) , 조승찬 ( Seungchan Cho ) , 김양도 ( Yangdo Kim ) , 이상관 ( Sang-kwan Lee ) , 이상복 ( Sang-bok Lee ) , 조일국 ( Ilguk Jo )
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본 연구에서는 액상가압공정을 통해 고체적율의 SiC 입자가 균일 분산된 알루미늄 금속복합재료를 제조하고, 미세조직, 기계적 특성 및 내마모 특성에 대해 분석하였다. 입자크기가 다른 이종 SiC 입자가 약 60 vol.% 이상의 체적율로 균일하게 분산된 SiC/Al7075 복합재료는 단일 SiC 입자로 강화된 복합재료에 비해 체적율이 약 12% 이상 높았으며 압축강도가 200 MPa 이상 증가하였다. 내마모시험 결과 이종 SiC 입자 금속복합재료의 경우 마모 너비와 깊이가 각각 285.1 μm, 0.45 μm이며, 마찰계수는 0.16으로 내마모 특성이 가장 우수하였다.

기능기화 된 그래핀 나노플레이틀릿이 첨가 된 탄소섬유 강화 고분자 복합소재의 제조 및 기계적 특성 연구

차재민 ( Jaemin Cha ) , 김준희 ( Jun Hui Kim ) , 류호진 ( Ho Jin Ryu ) , 홍순형 ( Soon H. Hong )
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탄소섬유는 매우 우수한 기계적, 전기적, 열적 특성을 가진 소재로써, 고분자를 매트릭스로 하는 복합재료로써 산업적으로 널리 쓰이고 있다. 하지만 이 복합재료는 높은 강도 및 탄성을 가진 탄소섬유에 비해, 약한 고분자 매트릭스로 인한 분리 형상이 약점으로 지적되고 있다. 이를 해결하기 위해 강화재의 첨가가 필수적이다. 그래핀은 매우 우수한 기계적 물성을 지닌 강화재로써, 첨가 시에 높은 물성 향상을 기대할 수 있다. 하지만 그래핀 자체의 응집현상과 고분자 기지와의 약한 결합이 강화효과를 제대로 구현해내지 못하는 결과를 초래하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 핵심 기술로 제시된 것이 기능기화 방법이며, 이를 통해 분산성을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 멜라민을 이용하여 그래핀 나노플레이틀릿의 기능기화를 진행하고, 이를 에폭시 고분자 기지와 혼합하였다. 제조된 그래핀 나노플레이틀릿/에폭시을 이용하여 탄소섬유 강화 고분자 복합재료를 제조하고 굽힘 특성과 층간전단강도를 측정하였다. 그 결과 복합재료의 기계적 물성이 증가되었으며, 그래핀 나노플레이틀릿의 분산성이 향상됨을 확인하였다.

나노 입자의 군집밀도를 이용한 고분자 나노복합재의 기계적 거동 예측에 대한 멀티스케일 연구

백경민 ( Kyungmin Baek ) , 신현성 ( Hyunseong Shin ) , 한진규 ( Jin-gyu Han ) , 조맹효 ( Maenghyo Cho )
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본 연구에서는 폴리프로필렌 내에 투입된 탄화규소 나노 입자들의 군집현상이 나노복합재의 역학적 거동에 미치는 영향을 고찰하기 위해 분자동역학 전산모사를 통해 얻은 정보를 연속체 역학 수준에 적용시키는 멀티스케일 해석을 수행하였다. 입자 간의 거리에 따른 계면 물성의 하락을 반영하는 모델을 이용하여, 다양한 군집 상황에 따른 고분자 나노복합재의 탄성거동 변화를 관찰하였다. 또한, 나노복합재의 기계적 거동에 영향을 미치는 주요 요인을 파악하여 군집밀도라는 새로운 지표를 정의하였다. 나노 입자의 군집밀도와 나노복합재의 탄성거동 간의 상관관계를 파악한 결과, 군집밀도의 값이 증가할수록 계면효과가 저하되어 최종적으로 나노복합재의 기계적 물성 상승이 억제되었다. 나노 입자의 랜덤분포를 고려한 해석을 통해, 동일한 군집밀도의 수치에 대해 나노복합재가 가질 수 있는 탄성계수의 범위를 파악할 수 있었다. 상관관계는 지수 함수형태로 표현될 수 있었으며, 이를 통해 나노 입자의 군집밀도를 이용하여 고분자 나노복합재의 기계적 거동을 효과적으로 예측 가능하다.
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