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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 : 34권 1호 (2021)

유리섬유/폴리카보네이트 복합재료의 기지 분자량에 따른 함침 및 기계적 물성 평가

김늘새롬 ( Neul-sae-rom Kim ) , 장영진 ( Yeong-jin Jang ) , 이은수 ( Eun-soo Lee ) , 권동준 ( Dong-jun Kwon ) , 양성백 ( Seong Baek Yang ) , 이정언 ( Jungeon Lee ) , 염정현 ( Jeong Hyun Yeum )
4,500
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열가소성 섬유강화 복합재료는 수송용 기기의 경량화 소재로써 적용 분야가 확대되고 있다. 본 연구에서는 분자량이 다른 폴리카보네이트(PC)를 이용하여 연속섬유 강화 유리섬유(GF)/폴리카보네이트(PC) 복합소재의 함침성 및 기계적 물성에 대한 평가를 진행하였다. GF 직물과 PC 필름을 제조한 후, 이를 이용하여 연속가압성형법으로 연속섬유 강화 GF/PC 복합재 평판을 제조하였다. PC 분자량에 따른 용융지수를 측정 및 평가하였고, GF제직물 강화 GF/PC 복합재료의 인장강도, 굴곡강도, 압축강도 및 기공체적률을 평가하였다. 전계방사형 주사전자 현미경을 이용하여 인장파괴된 GF/PC 복합재료의 형태를 분석하여 파괴거동을 확인하였다. 분자량이 20,000일 때 최적의 기계적 특성이 발현되는 것을 확인하였다.

LNGC 경량화를 위한 파이프 지지용 클램프의 복합소재 적용 연구

배경민 ( Kyong-min Bae ) , 임윤지 ( Yoon-ji Yim ) , 윤성원 ( Sung-won Yoon ) , 하종록 ( Jong-rok Ha ) , 조제형 ( Je-hyoung Cho )
4,500
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조선해양 산업에서 선박의 에너지 절감과 운항효율 향상을 위한 부품의 경량화 기술이 요구됨에 따라서, 고강도의 경량소재인 섬유강화 복합소재를 부품소재로 적용하는 방안이 검토될 수 있다. 본 연구에서는 LNGC 경량화를 위해 파이프 지지용 클램프의 섬유강화 복합소재 적용 가능성을 평가하였다. 탄소섬유 및 유리섬유를 강화섬유로 하여 섬유강화 복합소재를 제조하였으며, 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 통해 복합소재의 강화재료와 기지재료의 물성을 역계산하여 섬유 적층 패턴별 물성 변화에 따른 성능 예측을 수행하였다. 또한, 유한요소해석 프로그램를 통해 복합소재 두께에 따른 클램프의 구조해석을 수행하였다. 연구결과 경량화를 위해 클램프의 섬유강화 복합소재의 적용시 두께 선정에 주의가 필요함을 확인할 수 있었다. 향후 보완 설계 시 구조물의 형상변경 및 경량화를 위한 구조변경에 용이할 것으로 판단된다.

교반기의 임펠러 형태에 따른 폴리우레탄 폼의 미세구조와 물성 연구

이채림 ( Chae-rim Lee ) , 김정수 ( Jung Soo Kim ) , 박병호 ( Byeongho Park ) , 엄문광 ( Moon-kwang Um ) , 박태훈 ( Teahoon Park )
4,500
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폴리우레탄폼(PUF)은 연질, 반경질, 경질 형태로 제작이 가능하여 산업적으로 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그 중에서도 경질 폴리우레탄폼은 우수한 기계적 특성과 낮은 열전도도를 가지고 있어, 건축물의 단열재와 천연가스 운수송 분야에서 보냉재로 사용되고 있다. 해당 분야에서는 기계적 강도는 높이고 열전도도는 낮추고자 하는 기술적 수요가 꾸준히 요구되고 있다. 본 연구에서는 경질 폴리우레탄폼을 제작하고, 교반기의 임펠러 형태(Propeller, Dispersed turbine)에 따른 폼의 미세구조와 물성 변화를 연구하였다. FE-SEM 이미지 및 Micro-CT 분석을 통해 Dispersed turbine으로 제조한 폼의 평균 기공 크기가 Propeller로 제조한 기공보다 21.5% 작은 것을 확인하였다. 압축 강도는 작은 기공을 가진 폼에서 15.4% 향상되었고, 열전도도는 3.1% 감소하였다. 이러한 결과는 PUF 복합재 제조에 활용될 수 있다.

플라즈마 처리 방법을 이용한 PAN 전구체 특성 변화 연구

강효경 ( Hyo-kyoung Kang ) , 김정연 ( Jung-yeon Kim ) , 김학용 ( Hak-yong Kim ) , 최영옥 ( Yeong-og Choi )
4,500
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탄소섬유는 단위 중량 당 높은 강도 및 모듈러스를 갖기 때문에 고성능 복합 재료 제조 시 탄소보강재로 많이 사용된다. 그러나 탄소 섬유를 제조하는 공정에서 많은 시간과 높은 에너지를 소모하여 제조비용이 크게 증가하기 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있다. 따라서 생산 비용 절감을 위하여 제조 공정에 사용되는 에너지를 대체할 수 있는 고속의 저 에너지원을 적극적으로 찾아 연구할 필요가 높아졌다. 폴리아크릴로니트릴(PAN) 전구체(Precursor)로 상용화 된 탄소 섬유는 180~300℃의 대기 분위기에서 안정화 과정이 이루어지고, 1600℃ 이하의 불활성 가스 분위기에서 탄화하여 탄소 섬유를 생산할 수 있다. 이 두 공정은 많은 시간과 높은 에너지를 사용하지만, 고성능 탄소 섬유를 생산하는 데 필수적이며 중요하다. 따라서 최근에는 공정 시간을 단축하고 에너지 소비를 줄일 수 있는 플라즈마, 전자 빔 및 마이크로파와 같은 다양한 다른 에너지원을 보조적으로 사용 함으로써 저 에너지·고속 안정화 공정 기술이 시도되고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 공정과 열처리를 연속적으로 수행하여 PAN 전구체 안정화 공정을 연구하였으며, 모폴로지, 구조적 변화, 열적 및 물리적 특성 변화를 연구하였다.

Unit Cell FEM Analysis Using I-Fiber Single Stitch with Different Thickness

( Jonathan Tapullima ) , ( Gyu Yeong Park ) , ( Dong Hwan Yoon ) , ( Jin Ho Choi )
4,500
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This paper present a three-dimensional unit cell finite element analysis to predict the pull-out behavior of a single stitch in a composite laminate. The stitching process used for this study correspond to the I-fiber stitching method that has been studied by the Composite Structures Lab (CSL) as a new through-thickness reinforced method. A total of six cases were analyzed, which were divided in two groups by the stitching yarn used, 6k and 12k. Each group of cases have three different thickness according to the amount of plies; 16 plies, 32 plies and 64 plies. The finite element analysis used the cohesive zone method to characterize the single stitch reinforcement in the interface. Due to the complexity of the load vs displacement curves taken from the experimental results, a bilinear and trilinear bridging laws were implemented in the models. The cohesive parameters used for each case showed a good agreement with the experimental data and can be used for future studies.

복합소재를 활용한 B필러 강화재의 구조해석 및 설계

강지헌 ( Ji Heon Kang ) , 김건우 ( Kun Woo Kim ) , 장진석 ( Jin Seok Jang ) , 김지욱 ( Ji Wook Kim ) , 양민석 ( Min Seok Yang ) , 구윤식 ( Yoon Sik Gu ) , 안태민 ( Tae Min Ahn ) , 권순덕 ( Sun Deok Kwon ) , 이재욱 ( Jae Wook Lee )
5,200
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본 논문은 차량에 사용되는 B필러의 강화재를 기존의 스틸 소재에서 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)와 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)로 대체하여 경량화하는 것이 목표다. 이를 위해서는 무게는 감소시키면서 기존 B필러를 대체할 수 있는 구조안정성을 확보해야 한다. 기존 B필러는 스틸 아우터(outer)를 포함하여 다양한 형상의 스틸 강화재로 구성되며, 이와 같은 스틸 강화재 중 2가지의 스틸 강화재를 복합재로 대체하고자 한다. 이와 같은 스틸 강화재는 강화재 각각을 따로 제작하여 용접을 통해 결합되지만, 복합재 강화재는 패치(patch) 형태의 CFRP와 리브(rib) 구조의 GFRP를 활용하여 압축과 사출 공정을 통해 한번에 제작된다. CFRP는 B필러의 고강도부에 부착되어 측면 하중에 저항하도록 하였으며, GFRP 리브는 위상 최적화(Topology optimization) 기법을 통해 비틀림과 측면 하중을 저항하도록 설계하였다. 구조해석을 통해 기존 스틸 강화재와 비교 분석을 수행하였고, 경량화율을 산출하였다.

초박형 반도체 패키지의 EMC encapsulation을 위한 경화 공정 개발

박성연 ( Seong Yeon Park ) , 온승윤 ( Seung Yoon On ) , 김성수 ( Seong Su Kim )
1,000
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본 연구에서는 면상 발열체인 CNT Heater를 이용한 EMC 패키지 경화 공정 시스템을 개발하기 위하여, 기존 Hot Press 공정과 CNT Heater 공정 시스템을 통해 제작한 EMC/Cu Bi-layer 패키지의 성능을 비교하여 CNT Heater 공정 시스템의 가능성을 확인하였다. CNT Heater 공정의 경화 사이클을 도출하기 위해 Rheometer를 이용해 EMC의 점성을 측정하였다. 앞서 언급한 두 공정에 의해 성형된 EMC/Cu Bi-layer 패키지에서 EMC 내부의 Void를 광학 현미경으로 분석하였다. 또한, C-Scanning Acoustic Microscope와 3D-Digital Image Correlation를 통해 EMC/Cu Bilayer 패키지의 계면 Void와 휨을 분석하였다. 이러한 분석 결과를 기반으로, EMC 내부 및 EMC/Cu Bi-layer의 계면에서 Void가 없음을 확인하였으며, 상온에서의 휨 크기, Zero 휨 온도와 휨 크기 변화에서 차이가 없음을 확인하였다.

콜타르를 결합재 및 함침재로 이용한 벌크 흑연 제조

이상민 ( Sang-min Lee ) , 이상혜 ( Sang-hye Lee ) , 강동수 ( Dong-su Kang ) , 노재승 ( Jae-seung Roh )
4,500
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석탄 핏치의 전구체인 콜타르를 바인더 및 함침재로 이용하여 벌크흑연을 제조할 수 있는 가능성을 검토하고자 하였다. 충전재로 천연흑연을 이용하였으며, 천연흑연과 콜타르를 혼합 및 성형한 후 탄화 열처리를 실시하였다. 탄화 열처리 후 함침-재탄화를 5회 실시하여 밀도, 기공율, 압축강도, 그리고 이방성비를 측정하였다. 탄화체의 최고 밀도는 1.76 g/cm3였고, 기공율은 최소 15.6%로써 공정 제어에 의해 조절이 가능하였다. 압축강도는 최고 20.3 MPa이 얻어졌다. 탄화체의 이방비는 최대 0.34로써 강한 이방성 탄화체를 얻을 수 있었다. 따라서 콜타르를 바인더 및 함침재로 이용하여 벌크 형태의 인조흑연 제조가 가능하다는 것을 확인하였다. 또한 탄화체의 이방성을 조절하여 전기적, 기계적 방향 특성을 조절한다면 적절한 재료 설계를 통하여 다양한 분야에 응용할 수 있을 것이라 판단된다.
4,500
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조선해양산업에서 친환경 선박 및 경량화 기자재에 관한 관심이 높아짐에 따라 파이프 등의 기자재에 복합재료를 적용하고 있다. 본 연구에서는 친환경 및 내열/난연 성능을 요구하는 파이프 단열재 커버에 적용하기 위해 친환경 소재인 바잘트 섬유강화 퓨란복합재료(BFC, basalt fiber reinforced furan composite)를 제조하였다. BFC 소재의 낮은 물성을 강화시키기 위해 후경화 조건의 최적화 연구를 수행하였고, BFC 소재의 기계적강도, 내열/난연 특성 강화, 친화경 특성에 대한 실험과 평가를 진행하였다. 최종적으로 연구 결과 조선해양기자재인 파이프 단열재 커버에 BFC 소재의 적용이 가능함을 확인하였다.

필러 네트워크 형성 및 배향이 복합소재 열전도도와 산소투과도에 미치는 영향 고찰

신하은 ( Haeun Shin ) , 김채빈 ( Chae Bin Kim )
4,500
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일체형 방열 및 기체 차단 재료 개발을 위하여 신규 고분자를 합성하고 판상형 육방정 질화 붕소(hBN) 필러를 포함하는 복합소재를 제조하였다. 복합소재는 필러의 크기 및 함량에 따라 열전도도 및 산소투과도 조절이 가능하였다. 복합소재는 최대 28.0 W·m-1·K-1의 높은 열전도도를 지녔으며 필러 미포함 샘플 대비 산소투과도는 62% 감소하였다. 열전도도 및 기체투과도 실험 측정값과 모델 예측값 비교를 통해 복합소재 내 필러의 종횡비를 계산하였다. 이러한 결과를 토대로 높은 열전도도 및 낮은 기체투과도는 필러 간 효과적인 네트워크 형성 때문이며 이는 복합소재 제조 시 전단 응력 극대화가 가능한 신규 수지의 특성으로부터 유래된것으로 사료된다. 또한, 열전도도로부터 계산된 필러 종횡비와 산소 투과도로부터 계산된 필러 종횡비 값이 서로 다름을 확인하였고 이에 관련하여 복합소재에서 열 전달 및 기체 투과 메커니즘에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서 개발된 높은 열전도도 및 낮은 산소투과도를 갖는 고분자 복합소재는 전자 제품의 일체형 방열 및 산화 방지 재료로 사용 될 수 있다.
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