• 대한토목학회논문집
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• 제42권5호
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• pp.607-616
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• 2022

전 세계적으로 이상 기후 및 자연재난 등으로 인하여 철근콘크리트 구조물의 부식 및 열화 현상이 빈번히 발생됨에 따라 구조물의 노후화가 가속화되고 있다. 건설 분야에서는 이러한 내하력 저하에 대응하기 위하여 최근 저 중량 고강도 재료 장점을 가진 유리섬유 복합재료(GFRP)를 활용하여 많은 노후 구조물에 대하여 보수·보강을 수행하고 있다. 본 연구에서는 유리섬유에 비하여 보다 경제적이고 친환경적인 바잘트 섬유 복합재료(BFRP)를 활용하여 콘크리트 압축부재의 내진보강을 위한 횡구속 효과를 더욱 효과적으로 제공할 수 있는 보강재를 개발하고 그 성능을 평가하였다. 실험 시 고려된 주요 변수로는 바잘트섬유 복합재료(BFRP) 시공 시 적용되는 함침 수지의 양생 온도와 대상 콘크리트 압축부재의 재료 특성을 고려하였다. 콘크리트 압축부재의 재료 특성에 따른 횡구속 보강효과를 조사하기 위하여 본 연구에서는 일반 콘크리트와 섬유 보강을 통하여 내구성능이 개선된 콘크리트 시험체를 각각 제작하여 성능을 평가하였다. 그 결과, 일반 콘크리트의 경우 3.15배, 섬유 보강 콘크리트의 경우 약 3.72배의 보강 효과가 나타났으며 압축부재 내구특성 개선에 따른 보강 효과의 차이는 크지 않음을 알 수 있었다. 마지막으로 GFRP 압축부재 보강재에 대한 선행연구 결과를 통하여 바잘트 보강 복합재료의 성능을 비교한 결과 BFRP 보강재의 횡구속 보강효과가 상대적으로 약 1.18배 GFRP 보강재에 비하여 성능이 우수한 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제28권3호
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• pp.104-111
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• 2015

본 연구에서 자연 섬유를 적용한 500W급 수평축 풍력 터빈 블레이드의 구조 설계 연구를 수행하였다. 기존의 유리섬유 재질 적용 블레이드와 아마 섬유 재질 적용 블레이드의 구조 설계 결과를 비교하였다. 블레이드의 구조 설계는 단순 설계 및 혼합 설계 기법를 적용하여 설계를 수행하였다. 설계된 블레이드의 구조적 안전성은 상용 유한요소프로그램을 사용하여 다양한 하중에 따라 선형 정적해석, 변형 해석, 좌굴 해석을 수행하였다. 제작공법으로는 RIM를 채택 하였으며, 시제품 제작을 통해 자연섬유에 완전 침투까지 요구된 시간을 Poly-worx 프로그램 해석 결과와 제작 결과를 비교하였다. 제작된 시제품 블레이드는 변형률, 고유 진동수, 변위 시험을 수행하여 구조해석 결과와 비교하였다. 비교 결과에 따라 해석 결과와 시험 결과가 잘 일치함을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.176.1-176.1
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• 2011

세계적으로 석유 기반 자원의 고갈에 따른 부족, 기후변화협약 및 환경규제 강화에 의해 세계적으로 바이오소재를 이용하고자 하는 연구와 더불어 유리강화복합재료의 대체물질로 적합한 천연섬유를 보강재로 사용하는 바이오복합재료의 연구 또한 활발하게 진행되고 있다. 최근 새로운 신재생에너지원으로 각광 받고 있는 바이오에너지 중 해조류는 가장 자연친화적이고 생산력이 뛰어난 바이오매스로 알려져 있다. 해조류는 바닷물 속에 녹아 있는 탄소를 흡수할 뿐만 아니라 광합성을 통해서도 탄소를 흡수하면서 성장하기 때문에 탄소흡수원의 역할을 하게 되며, 해조류 바이오에너지를 생산할 경우 화석연료를 대체하여 지구온난화의 주범인 온실가스를 감축하는 기능을 한다. 본 연구에서는 해조류를 이용한 바이오에너지 생산 공정에서 2차적으로 발생하는 부산물을 보강재로 사용한 바이오복합재료의 제조와 제조된 바이오복합재료의 열적 특성 및 동역학적 특성을 분석하였다. 해조류 부산물의 화학적 전처리에 따른 Thermogravimetric analysis(TGA) 분석 결과로 cellulose 함량이 가장 높고 불순물이 적은 황산 처리한 파래를 이용해 파래/Polypropylene(PP) 바이오복합재료를 다양한 보강비율 (20-50wt%)로 압축성형 하였다. 파래/PP 바이오복합재료의 저장탄성률은 파래 함량이 40wt%일 때 4.0 Gpa으로 최대값을 보였으며 이는 PP 매트릭스와 비교했을 때 약 8.1% 향상된 결과이다. 파래/PP 바이오보합재료의 열팽창 특성은 파래 함량이 증가함에 따라 열팽창계수가 낮아지는 경향으로 50wt%일 때 가장 낮은 값을 나타내었으며 이는 PP 매트릭스와 비교했을 때 약 56% 향상된 결과이다. 따라서 비생분해성 고분자에 새로운 신재생 바이오매스인 해조류를 보강재로 사용하여 열적 특성 및 동역학적 특성이 향상된 친환경적인 바이오복합재료의 제조 가능성을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제20권2호
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• pp.1-9
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• 2007

카본 에폭시로 제작된 복합재 압력용기의 노화 특성과 구조 사용 수명 평가를 위해 실내와 실외에서 10년과 15년간 자연노화 시켰다. 노화 특성의 통계적 분포를 구하기 위해 노화된 압력용기로부터 링 시편을 채취하여 수압 파괴 시험을 실시하였다. 그리고 섬유와 수지 계면의 노화 특성 확인을 위해 시험 파편 계면을 SEM을 이용하여 관찰하였다. 섬유 인장 파손 변형률의 와이블 파라미터 값 기준으로 실내에서 10년, 15년 노화되었을 경우 각각 19%와 23% 저하되었으나, 실내와 실외의 노화 특성 차이는 크지 않았다. 그러나 압력용기 외면에 적용한 표면 페인트는 노화 방지에 큰 효과를 나타내었다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2005년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.116-120
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• 2005

In this study, composites with polypropylene(PP) and Jute fiber were prepared by compression molding technique. Generally, hydrophilic jute fibers do not adhere well to PP, which is hydrophobic. Maleic anhydride grafted polypropylene(MAPP) had been widely used as a coupling agent to improve the bonding between ligno-cellulosic fibers and PP. The coupling agent improved the tensile and flexural properties when the mechanical properties were tested by using a UTM. The mechanical properties of natural fiber composites(NFCs) by modified thermoplastics were higher than those of NFCs by unmodified thermoplastics. Fracture surfaces of the composites and the fiber orientations were investigated by scanning electron microscopy. The mechanical performance of NFCs by modified thermoplastics appeared to be improved by the enhanced interface adhesion between the fiber and the matrix.

• Composites Research
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• 제20권1호
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• pp.23-31
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• 2007

Jute fiber Green Composite의 기계적 향상을 위한 계면특성을 향상시키기 위하여 커플링제를 도입하여 첨가량에 따른 특성변화를 실험적으로 규명하였다. Maleic anhydride grafted popolypropylene(MAPP)는 자연섬유와의 계면특성의 향상에서 물리화학적 역할을 하는 것으로 판단된다. MAPP에 의한 용융상태에서의 낮아진 수지의 점도는 흐름성이 향상되어 섬유의 계면과의 접촉 면적을 확대시킨다. 약 80mm의 jute 장섬유 mat에 maleated coupler가 혼합된 PP 복합재의 물성 향상과 열가소성수지의 물리적 변화와의 관계를 고찰하였다. 이 물리적 현상을 유동지수(MI: Melting flow index) 및 점도, contact angle, 복합재료 두께, 계면전단강도, morphology 분석 등의 인자들을 이용하여 기계적 물성 향상에 기여하는 정도를 확인하였다. 특히 유동지수(MI)와 점도, MAPP의 혼합량은, 전당강도(IFSS), 인장 및 굴곡 강도와 인장탄성률의 향상과 매우 관계가 있음을 실험 결과를 통하여 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권4호
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• pp.86-95
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• 2019

탄소섬유는 경량이면서 높은 기계적 특성 때문에 우주항공, 선박, 자동차, 토목 및 건축과 같은 산업분야에서 그 어느 때 보다 더 광범위하게 적용되고 있다. 본 연구는 섬유혼입률 및 섬유길이 변화에 따른 탄소섬유 보강시멘트 복합재료( CFRC)의 역학적 특성과 휨 거동을 분석하였으며, 또한 자연 낙하시험에 의한 모르타르 시편에 대한 내충격성을 비교, 검토하였다. 더불어, 탄소섬유(CF)의 혼입률은 0.5%, 1.0%, 2.0% 및 3.0%로 변화를 주었으며, 각각의 섬유길이는 6 mm와 12 mm를 사용 하였다. 실험결과, 플로우 값은 탄소섬유의 뭉침현상으로 인해 유동성 측면에서 매우 불리하였으며, 단위용적질량은 다소 감소하였다. 특히, 압축강도는 탄소섬유 혼입량이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타내었다. 반면 휨 강도는 섬유 길이가 12 mm이고 2% 혼입한 것이 가장 높은 휨 강도를 보였다. 내충격성 시험결과, 보통 모르타르 시편은 완전파괴까지의 낙하횟수가 2~3회 정도 걸리지만 반면 CFRC 시편은 섬유혼입량이 증가함에 따라 다소 차이가 있지만, 섬유길이가 12 mm이고 섬유혼입량 2% 인 경우 충격에 대한 저항성이 가장 높았다.

• Composites Research
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• 제21권6호
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• pp.23-30
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• 2008

본 논문에서는 자연 노화가 필라멘트 와인딩으로 제작된 압력용기의 강도 분포와 구조 사용 수명에 미치는 영향을 연구하였다. 자연 노화에 따라 변화되는 섬유 방향 파괴 변형률을 설계 확률 변수로 하는 확률 강도 해석을 수행하였다. 이때 확률강도 해석은 정확한 파열 압력을 예측하기 위해 연속 파손 모드가 고려되었고, 비선형 한계식의 해를 구하기 위해 FORM방법이 이용되었다. 해석을 통해 노화 시간별 파괴 확률 분포 선도를 구하였다. 복합재 구조물의 특성상 재료 물성 및 제작 공정 변수 영향으로 제품의 성능 변동성이 비교적 크게 나타났고, 노화로 인한 압력용기의 파열 압력 저하 현상은 대부분 10년 이내에서 발생하였다. 임의 적층의 복합재 압력 용기를 모델로 하여 수명을 평가한 결과, 파괴 확률 2.5%와 안전율 1.3을 고려한 설계 압력 3,250psi기준으로 약 13년의 사용 수명이 평가되었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제30권7호
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• pp.794-799
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• 2006

In recent years, the use of natural fiber as reinforcement in polymer composites to replace synthetic fiber such as glass fiber is receiving increasing attention. Because of increasing usage according to the high demand, the cost of thermoplastic has increased rapidly over the past decades. We used a thermoplastic polymer(polypropylene) as the matrix and a lignocellulosic material(rice-husk flour) as the reinforcement filler to prepare a particle-reinforced composite to examine the possibility of using lignocellulosic material as reinforcement filler and to determine data of test results for physical, mechanical and morphological properties of the composite according to the reinforcement filler content in respect to thermoplastic polymer, In this study, PLA/PP rice-husk fiber-reinforced thermoplastic composites that made by the hot press molding method according to appropriate manufacturing process was evaluated as mechanical properties.

• Composites Research
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• 제37권2호
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• pp.68-75
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• 2024

경제성과 가공 시 용이성 등의 장점을 가지는 합성수지는 자연상태에서 분해되지 않고 환경오염을 야기 시키는 문제를 가진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 재활용이 가능한 열가소성 수지가 주목되고 있고 그 중 경제성이 뛰어난 폴리프로필렌(PP)에 대한 관심이 높아지고 있다. PP의 경우 기계적 특성 및 열안정성 등과 재활용성이 뛰어나다. 하지만 다수의 문헌에서 열가소성 수지의 반복 가공에 따라 물성의 저하가 일어난다는 것을 확인 할 수 있으며 가공 조건에 따라 품질의 저하가 발생하는 시점이 다르다는 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 PP 수지에 여러 첨가 성분을 블렌딩하여 복합 조성물 제조 시 반복 공정에 의한 성능 변화를 평가하기 위해 압출 공정 및 사출 공정을 반복 진행하여 기계적 특성 및 열적 특성을 평가하고자 한다. 또한 반복 공정 시 MFI 값 변화에 따라 복합재료 공정 시 섬유의 함침에 어떤 영향을 주는지에 대해 평가하기 위해 복합재료의 기계적 물성을 평가하고자 한다.