Journal of Adhesion and Interface (접착 및 계면)

The Society of Adhesion and Interface, Korea (한국접착및계면학회)
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Effect of Carbon Fiber and Phosphorus-Based Flame Retardant Content on the Thermal, Physical, and Flame Retardant Properties of Recycled Polyamide Engineering Plastics

탄소 섬유 및 인계 난연제 함량 변화에 따른 재활용 폴리아미드 기반 엔지니어링 플라스틱의 열적 물성 및 난연 특성 변화

  • Jinyoung Yun (Center for Advanced Specialty Chemicals, Korea Research Institute of Chemical Technology) ;
  • Eunbyeol Ahn (Center for Advanced Specialty Chemicals, Korea Research Institute of Chemical Technology) ;
  • Jin-woo Lee (Composite Materials Research Group, Korea Institute of Materials Convergence Technology) ;
  • Wonjoo Lee (Center for Advanced Specialty Chemicals, Korea Research Institute of Chemical Technology) ;
  • Ji-eun Lee (Composite Materials Research Group, Korea Institute of Materials Convergence Technology) ;
  • Youngchang Yu (Center for Advanced Specialty Chemicals, Korea Research Institute of Chemical Technology)
  • 윤진영 (한국화학연구원 정밀화학연구센터) ;
  • 안은별 (한국화학연구원 정밀화학연구센터) ;
  • 이진우 (한국소재융합연구원 복합재료연구단) ;
  • 이원주 (한국화학연구원 정밀화학연구센터) ;
  • 이지은 (한국소재융합연구원 복합재료연구단) ;
  • 유영창 (한국화학연구원 정밀화학연구센터)
  • Received : 2025.07.22
  • Accepted : 2025.09.02
  • Published : 2025.09.30
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Abstract

This study investigates the effects of varying carbon fiber content and phosphorus-based flame retardant on the thermal, mechanical, and flame-retardant properties of recycled nylon/carbon fiber composites. The results demonstrated that increasing the contents of both carbon fiber and flame retardant enhanced the thermal stability and char formation, thereby improving the heat resistance of the composites. In terms of mechanical properties, higher carbon fiber content led to an increase in tensile strength but a decrease in impact strength, reflecting the typical stiffness-toughness trade-off associated with fiber reinforcement. Additionally, the content of the flame retardant had a quantity- dependent effect on mechanical behavior: impact strength gradually increased with higher flame retardant content, while tensile strength initially increased and then decreased beyond a certain content. Flame retardancy tests further revealed that a higher flame retardant content was required to achieve the UL-94 V-0 rating as the carbon fiber content increased, highlighting the need to optimize flame retardant loading based on composite composition.

본 연구는 탄소 섬유과 인계 난연제 함량 변화가 재활용 나일론/탄소 섬유 기반 난연 복합재의 열적, 기계적, 그리고 난연 성능에 미치는 영향을 고찰하였다. 그 결과 탄소 섬유와 난연제 함량이 높을수록 열적 안정성과 숯 형성 능력이 향상되어 복합재의 내열성이 증가함을 확인했다. 기계적 특성 측면에서는 탄소 섬유 함량 증가에 따라 인장 강도가 향상된 반면 충격 강도는 감소하는 경향을 보여, 섬유 강화에 따른 전형적인 강성-인성 상충 관계를 나타냈다. 한편, 난연제 함량 증가는 충격 강도를 점진적으로 개선시키는 효과를 보였으나, 인장 강도의 경우 초기에는 증가하다가 일정 함량이 상에서 감소하는 거동을 나타냈다. 난연 성능 평가에서는 탄소 섬유 함량이 증가할수록 UL-94 V-0 등급을 달성하기 위해 요구되는 난연제 함량이 높아지는 것으로 나타나, 복합재 조성에 따른 최적 난연제 함량 설정의 중요성을 시사하였다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 2025년도 산업통상자원부의 탄소융복합소재부품 실증사업[00436616]과 산업통상자원부 및 한국산업기술기획평가원(KEIT)의 소재부품기술개발 사업 (재활용 섬유엔지니어링 플라스틱을 활용한 섬유함량 40% 이상의 고배향성 복합소재 및 이를 적용한 배터리 하우징 커버개발 [20024384]으로 수행된 결과이며 이에 감사드립니다.

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