• Composites Research
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• 제31권5호
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• pp.282-287
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• 2018

본 연구는 광물화된 탄소나노튜브를 고분자 기지재료의 강화재로 사용할 때, 계면 결합력이 기존 탄소나노튜브 강화재에 비해 어떤 차이를 보이는지 분자동역학 시뮬레이션을 통해 탐구한다. 최근 탄소나노튜브에 질소를 도핑한 후 표면을 광물화 하는 실험 연구가 보고되고 있다. 하지만 복합재료의 강화제로 첨가되었을 때 보일 수 있는 물성 증가 현상에 대한 연구는 아직 부족하다. 광물질로는 실리카($SiO_2$)를 사용했고 고분자 기지재료로는 열 가소성 수지인 poly(methyl metacrylate) (PMMA)를 사용했다. 계면 결합력과 계면 전단 응력을 계산하기 위해 강화재를 기지재료로부터 빼내는 pull-out 시뮬레이션이 진행되었다. 계산 결과, 실리카 광물화된 탄소나노튜브가 고분자 기지재료와 향상된 계면 상호작용을 가지는 것으로 조사되었다. 본 연구진은 향후 광물화된 탄소나노튜브 강화재가 첨가된 나노 복합재료의 열 기계적 물성을 분석하여 다양한 분야에서의 활용 가능성을 제시할 계획이다.

• Composites Research
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• 제34권6호
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• pp.357-372
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• 2021

에너지 수확장치는 석유자원의 고갈로 인한 자원난을 해결할 수 있는 대안으로 유망하다고 알려져 있다. 기계적 움직임을 전기 에너지로 전환할 수 있는 압전 소자들의 한계(환경오염 및 낮은 기계적 특성)를 극복하기 위하여, 고분자 기지재 기반 복합재료 압전 에너지 수확장치에 대한 많은 연구들이 수행되었다. 본 논문에서는 사용된 재료 및 공정에 기초하여, 보고된 압전 복합재료의 출력 성능 및 관련된 응용 분야를 검토하였다. 압전 필러는 티탄산 지르콘산 연 및 티탄산바륨 기반의 세라믹 필러뿐만 아니라, 친환경, 생체적합성 및 유연성 측면에서 유리한 산화아연을 검토하였다. 기지재는 폴리비닐리덴플로오라이드 및 공중합체로 구성된 압전 고분자 및 에폭시 및 폴리디메틸실록산 기반의 유연한 고분자로 분류하여 복합재료의 압전 시너지 및 높은 외력 적용에 의한 압전 출력 향상을 논의하였다. 또한, 금속 혹은 탄소 소재 기반 2차 필러의 적용에 의한 복합재료의 전도성 혹은 기계적 특성의 향상이 압전 수확장치의 출력 성능에 미치는 영향을 복합재료의 구조 측면에서 검토하였다. 향상된 성능으로 소형 전자기기, 스마트 센서, 의학 분야 등에 응용 가능한 복합재료 기반 압전 수확장치는 미래의 일상에서 접할 수 있는 무선 전자 장치의 전원으로써 잠재적인 통찰을 제공할 수 있다.

• Composites Research
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• 제31권5호
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• pp.192-201
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• 2018

3D 프린팅 기술의 활용은 복잡한 형상의 제품을 보다 손쉽게 생산 가능하게 하며, 시간적 경제적 이점을 제공함으로써 기존 제조업의 형태를 변화시킬 차세대 핵심 제조 기술로 부상하고 있다. 그러나 순수 고분자 소재 출력물의 기계적/전기적 특성 및 기능은 해당 기술의 확산에 있어 한계점으로 작용하였고, 이것은 고성능 고분자 복합재료 개발에 대한 수요로 이어졌다. 이에 본 논문에서는 고성능 3D 프린팅용 고분자 복합재료 개발의 최신 연구 동향을 소개하고, 응용 분야와 가능성 및 향후 연구방향에 대해 논하고자 한다.

• Composites Research
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• 제36권4호
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• pp.275-280
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• 2023

고분자 기반 복합재료는 가볍고 우수한 물성을 가지고 있기 때문에, 단일 소재가 갖기 어려운 물성을 충족하기 위한 방법으로서 그 수요는 급격하게 증가되고 있다. 그에 따라, 크기가 1-100 nm를 갖는 입자를 고분자 기지에 분산시켜 제작하는 고분자 나노 복합재료에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 그리고, 나노입자 강화 복합재의 기지 재료로 열가소성 수지를 사용한 복합재료 연구를 많이 진행하고 있다. 본 연구를 통해 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)으로 층간 물질을 개질한 유기 나노 점토가 포함된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET) 기반 나노 복합체를 제조하였다. 다양한 나노 점토 중에서, 질석 (vermiculite, VMT)은 저가이며 풍부한 매장량과 고유의 물성으로 인해 고분자 재료의 기계적 및 열적 특성을 증가시키는 연구들이 수행되고 있다. 하지만, VMT의 강한 층간 결합으로 인해 고분자 기지 내에서 박리 및 분산 성능이 낮아 그 활용이 제한되었다. 본 연구에서는 나노 점토의 함유량에 따른 기계적 물성을 인장 시험으로 확인하였고, 나노 점토 입자가 PET 기재 내에 분산되는 정도를 TEM 단면 사진으로 평가하고, 그리고 질소 가스 차단 특성을 측정하였다.

• Composites Research
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• 제29권2호
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• pp.66-72
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• 2016

고온에서 열화학적 분해 현상을 겪는 고분자 기지 복합재료는 기지 내부의 기공도가 급격히 증가한다. 기공의 생성은 재료의 탄성 계수와 파손 강도를 감소시키며, 기공 내부의 가스 압력은 재료의 열기계적 거동에 영향을 준다. 본 논문에서는 기지 내부에 많은 기공이 포함된 일방향 섬유 강화 복합재료의 이차원 대표 체적 요소를 설정하고 유한요소 해석을 수행하였다. 이를 통해 기공 상태에 따른 복합재료의 유효 탄성 계수, 기공 탄성 계수, 파손 강도 등을 산출하였다. 특히, 기지 재료의 특성에 많은 영향을 받는 섬유 수직 방향의 파손 강도가 원래 기지 강도보다 현격히 낮게 산출되며, 기공도가 증가함에 따라 지속적으로 떨어지는 경향을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권2호
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• pp.81-85
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• 2017

섬유강화 고분자 복합재료는 섬유 형태의 강화제와 고분자 형태의 기지재료가 결합된 형태로 이는 무게 대비 고강도 및 고강성의 구조물 제작에 용이하다. 본 연구에서는 형상기억합금 와이어가 삽입된 섬유 강화 지능형 연성 복합재 구동기를 제작, 이의 재료 구성에 따른 거동 특성을 평가 하고자 한다. 구동기는 형상기억합금이 포함된 구동층과 일반 구조층으로 구성되어 한 층씩 적층되는 방식으로 제작되며 재료 구성에 따른 거동 특성을 살펴보기 위하여 일반 구조층으로 사용된 유리섬유 직물의 적층 수, 기지재료의 종류를 달리한 뒤 구동 특성을 살펴보았다. 또한, 구동 시에 요구되는 인가 전류의 양을 달리하여 최대 구동각과 최대 구동각에 도달하는 구동 시간을 측정하였다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
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• 한국음향학회 1999년도 학술발표대회 논문집 제18권 2호
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• pp.265-268
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• 1999

감쇠가 큰 고분자 복합재료에서 초음파 다중반사파를 이용한 Pulse Echo법, 공진주파수에서 내부마찰계수 측정법과 Rheometer를 이용한 동적탄성계수 측정법을 사용하여 음향감쇠계수를 측정하고 각각의 측정자료를 비교하는 연구를 수행하였다. Pulse Echo법을 이용하여 0.5, 1.0, 2.25MHz에서 음향감쇠계수를 측정하였고, 이때 폴리에틸렌기지 복합재료의 음향감쇠계수는 강화재의 부피분율에 따라 3-15dB/cm 정도로 큰 값을 나타내었다. 폴리에틸렌기지 복합재료를 600kHz 근처에서 공진주파수를 가지도록 시편을 만든 후에 내부마찰계수를 측정한 결과로 계산된 음향감쇠계수는 Pulse Echo 실험에서 구한 값과 잘 일치하는 결과를 얻을 수 있었다. Rheometer를 이용한 동적탄성계수 측정법은 0.1-100Hz의 주파수에서 측정한 자료를 TTSP 이론을 이용하여 1MHz의 결과와 비교하였는데, 단일 고분자 재료에서는 다른 측정방법과 음향감쇠계수가 일치하였지만 복합재료에서는 음향감쇠계수값이 일치하지 않는 결과를 나타내었다.

• Composites Research
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• 제28권4호
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• pp.197-203
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• 2015

폴리프로필렌 기반 자기보강 복합재는 기지재와 보강재가 동일한 소재로 구성되어 기존 섬유강화 복합재와 달리 섬유와 기지재의 분리없이 바로 재활용이 가능할 뿐 아니라 폴리프로필렌 수준까지 저 비중화가 가능한 고분자 복합재이다. 본 연구에서는 더블벨트 라미네이터 공정기술을 이용하여 압력, 온도, 냉각조건과 같은 공정 변수가 폴리프로필렌으로 제조된 자기보강 복합재의 인장 물성에 미치는 영향을 연구하였다. XRD, DSC를 이용하여 결정구조의 변화에 따라 인장 탄성계수는 0.2~1.2 GPa로 약 6배까지 향상되는 것을 확인하였다. SEM 분석을 통해 함침 정도를 확인함으로써 자기보강 복합재의 함침 후 형상 변화 또한 고찰하였다.

• Composites Research
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• 제30권5호
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• pp.316-322
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• 2017

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.

• Composites Research
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• 제28권3호
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• pp.130-135
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• 2015

이 논문은 저궤도 우주환경하에서 그래핀 충진 고분자 나노복합재료에 대한 물성 변화를 고찰하였다. 고분자 기지재와의 적합성과 원자산소 공격에 대한 탄소재료의 저항성을 향상시키기 위해 유기실란으로 그래핀 옥사이드의 표면을 실란처리를 수행하였다. 실란이 그래핀 옥사이드 표면에 결합여부를 XPS 장비를 사용하여 분석하였다. 실란 처리된 그래핀 옥사이드와 실란 처리하지 않은 그래핀 옥사이드를 강화재로 사용한 나노복합재료를 제작하여 순수 에폭시와 인장물성을 비교하였으며, 모사된 저궤도 우주환경에서의 물성 변화를 관찰하였다. 그 결과 실란처리를 하여 그래핀 나노 복합재료를 제작할 경우 우주환경요소 중 원자 산소에 저항성을 가지는 것을 확인하였으며, 실란처리를 하지 않은 경우에는 오히려 성능이 감소함을 확인할 수 있었다.