가속노화장치를 이용하여 노출시간에 따른 탄소섬유/에폭시 복합재 링 시편의 노화 특성을 평가하였다. 온도, 수분, 자외선 등의 복합적인 노출조건은 최대 3000시간까지 적용하였다. 노출시간에 따른 링 시편의 인장특성과 곡률의 영향이 고려된 굽힘특성은 하중시험장치를 이용하여 평가하였으며 노화표면은 전자현미경을 통해 관찰하였다. 연구결과에 따르면 인장강성은 환경인자의 노출시간에 큰 영향을 받지 않지만 인장강도는 노출 초기에 물리시효 현상과 경화 반응으로 다소 증가하지만 노출시간이 길어지면 열화 영향으로 감소하였다. 굽힘탄성계수와 굽힘강도는 노출초기에 다소 증가하지만 노출시간이 길어지면 감소하는 양상을 나타내었다. 또한 전자현미경을 통해 관찰된 노화표면은 환경인자의 노출시간에 따라 달라지기 때문에 환경인자의 노출시간에 따른 기계적 특성의 변화를 규명하기 위한 정보를 제공해 준다.
본 연구에서는 최대 12개월 동안 염수침수시험을 수행하여 염수환경의 열습조건이 복합재의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 복합재 시편은 직물 형태의 탄소섬유와 에폭시로 구성된 프리프레그를 적층하여 제작하였으며, 노출온도 $35^{\circ}C$, $55^{\circ}C$, $75^{\circ}C$가 적용된 염수환경에 완전 침수시키는 조건을 적용하였다. 연구결과에 따르면 복합재의 인장강성과 인장강도는 노출온도와 노출시간이 증가할수록 노출전에 비해 감소 정도가 크지 않았지만 이에 비해 압축강성과 압축강도는 감소 정도가 크게 나타났다. 특히 압축강도는 노출온도가 증가할수록 염수침투가 가속화되어 감소 정도가 크게 나타났다.
항공기용 소재로 개발된 에폭시/탄소섬유 복합재료가 매트릭스의 유리전이온도에 육 박하는 온도주기를 경험할 때 발생하는 복합재료의 구조 및 물성변화를 실험과 모델링을 통 하여 연구하였다. 복합재료의 표준 경화온도인 177$^{\circ}C$에서 2시간 체류시킨후 냉각시키는 바 복 열주기는 복합재료를 취약하게 하여 결국 표면에서부터 미세크랙이발생한다는 것을 알수 있었다. 이러한 열주기에 따른 미세크랙 현상은 매트릭스의 분해반응이 발생할수 있는 유효 표면적을 증가시키고 크랙을 통하여 산소의투과를 용이하게 함으로서 산화반응을 가속화하 여 복합재료시편의 무게감소를 가속화시키는 것으로 판단된다. 특히 본 연구에서는 등온과 등속도 승온조건을 주기적으로 반복하는 열주기 조건을 해석하기 위하여 열주기 조건을 특 정온도에서의 등오시간으로 전환할 수 있는 e-quivalent cycle time(ECT)를 제안하였고 이 를 이용하여 열주기에 의한 복합재료 손상의 가속/감속 현상을 규명할수있었다.
폴리아크릴로나트릴(PAN)계 탄소섬유 및 안정화 PAN섬유를 사용하여 제조한 페놀수지 복합재료의 열주기 산화저항성에 섬유표면의 인산코팅 유.무가 미치는 영향을 조사하였다. 각 복합재료의 열주기 산화저항성은 열중량분석기의 원리를 응용하여, 공기중에서 hot zone과 cold zone을 주기적으로 반복이동하는 열충격조건에 노출되면서 초래되는 복합재료의 중량변화를 측정하여 비교하였다. 시험변수로는 hot zone에 노출된 온도, 시간 및 싸이클횟수를 선정하였다. 이 시험방법은 비교적 단순하며, 작은 크기의 시편으로도 가능하고, 중량변화가 온-라인 모니터에서 직접 감지되므로 데이타의 신뢰성이 \ulcorner다. 각 시험조건에서 인산코팅한 섬유를 사용한 복합재료가 그렇지 않은 재료보다 고온에서의 높은 산화저항성 때문에 우수한 열주기저항성을 보여 주었다. 또한 인산코팅의 존재 여부가 열주기시험 후의 탄소섬유-페놀수지 및 안정화 PAN섬유-페놀수지 복합재료의 미세구조에 미치는 영향을 조사하였다.
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 $50.0^{\circ}C$ 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.
본 연구에서는 기존의 접착제를 대체용 접착제로 대체 가능한지의 여부를 조사하기 위하여 구조용 접착제에 대해 일련의 열화 시험을 수행하였다. 구조용 접착제는 온도, 수분, 자외선 등의 자연환경 조건을 모사할 수 있는 가속노화시험기를 통해 복합적인 환경인자에서 1000시간 동안 노출시켰다. 구조용 접착제의 기계적 특성은 하중 시험기를 통해, 화학적 특성은 적외선 분광 분석 장치를 통해 평가하였다. 연구결과에 따르면 대체용 접착제가 환경인자에 노출될 경우 기존의 접착제에 비해 안정적이기 때문에 기존의 접착제는 대체용 접착제로 대체 가능할 것으로 판단하였다.
적용환경에 대한 저항성을 향상시키기 위하여 자외선 안정제로 카본블랙을 첨가한 재활용 폴리에스테르 지오텍스타일과 폴리프로필렌 지오텍스타일을 니들펀칭법에 의해 복합형 지오텍스타일을 제조하였다. 역학적 특성, 자외선 저항성 및 화학적 안정성을 측정하였다. 폴리프로필렌 지오텍스타일의 인장강도 보유율은 자외선 노출조건에 따라 50% 정도 감소하였지만 복합형 지오텍스타일은 약간의 감소를 나타내었다. 재생 폴리에스테르 지오텍스타일을 많이 사용할수록 자외선에 대한 안정성이 향상되었다. 화학적 안정성의 경우, 다양한 화학조건에서 복합형 지오텍스타일의 인장강도 변화는 -20~+10% 정도이었다.
탄소/에폭시 복합재료 분리판(BP)은 높은 기계적 특성과 생산성으로 인해 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 기존 흑연 분리판을 대체할 가능성이 있는 BP이다. 다기능 구조인 탄소/에폭시 복합재료 BP는 계면접촉저항(ICR)을 줄이기 위해 흑연 코팅 또는 추가 표면 처리가 필요하다. 그러나 팽창 흑연 코팅은 VRFB 작동 조건에서 낮은 내구성을 가지며 별도의 표면 처리는 추가 비용이 발생한다는 단점이 있다. 본 연구에서는 폴리에스테르 직물을 적용하여 탄소/에폭시 복합재료 BP 표면의 잉여 수지층을 균일하게 제거하여 탄소섬유를 노출시키는 잉여 수지 흡수법을 개발하였다. 이 방법은 BP 표면에 탄소섬유를 노출하여 ICR을 감소시킬 뿐만 아니라 탄소 펠트 전극을 효과적으로 고정할 수 있는 고유한 도랑 패턴을 형성한다. 잉여 수지 흡수법에 의해 제작된 복합재료 BP의 산성 환경 내구성, 기계적 특성 및 기체 투과도에 대해 실험적으로 검증하였다.
PECVD 방법으로 증착된 a-C : H 박막들이 공기 중에 노출되었을 때 나타나는 ESR 스펙트럼의 변화가 조사되었다. 증착 조건에 따라 차이는 있으나, 대체적으로 공기 중에서 노출된 시간이 늘어남에 따라 ESR 신호높이가 점차로 줄어들고 ESR 신호폭은 점점 더 넓어지는 것이 관찰되었다. 스핀밀도는 샘플에 따라서 40-80% 정도로의 감소를 보였다. 공기 중에 노출된 a-C : H 박막의 스핀밀도의 감소는 공기 중의 수분의 침투와 후속적인 수소 확산 및 재배치에 의한 것으로 간주되었다. 그리고 공기 중에 있던 샘플들을 다시 진공 중에 놓아두면 ESR 신호높이는 다시 증가하고 신호폭은 다시 감소되었는데, 이것은 샘플에서 산소가 다시 빠져나감에 기인하는 것으로 생각되었다. 결과적으로 공기 중에서 a-C : H 박막의 ESR 스펙트럼 변화는 이러한 스핀밀도의 감소 및 산소 침투와 복합적으로 관련되어 있는 것으로 추정되었다.
초고층 주상복합 건축물은 구조적으로 수직샤프트의 길이가 길고 24시간 냉난방이 이루어지는 용도적인 특성으로 혹서기 심야시간대에 실내외 온도차에 의한 연돌효과가 다른 건물보다 크게 발생한다. 또한, 하부 층에는 개구율이 높은 판매시설 및 지하주차장 등이 위치하고 있어 중성대가 상대적으로 낮게 형성되는 압력분포 특성을 가지고 있다. 이러한 압력분포는 화재위험도가 높은 하부 층에서 화재발생 시 중성대 이상층 전체가 연기확산의 위험에 노출되고 출입문 개방장애 등의 피난장애를 가져올 수 있음을 예측할 수 있다. 이에 본 연구에서는 초고층주상복합건축물에서의 수직 및 수평 압력분포를 정상조건 및 배연창개방조건에 따라 계단실, 부속실, 복도에서의 압력을 측정하고 압력분포특성을 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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