• Composites Research
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• 제20권3호
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• pp.1-7
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• 2007

본 연구는 전단농화유체(STF)가 함침된 Kevlar 복합재료(STF-Kevlar composite)의 제조 및 방탄성능 평가에 관한 내용이다. 전단농화유체는 fumed silica와 구형 silica를 에틸렌글리콜에 혼합하여 제조하였고 이 유체를 Kevlar직물에 함침시켜 액체방탄재료를 제작하였다. 전단농화거동을 조사한 결과 사용된 STF는 모두 전단농화거동이 발현됨을 확인하였다. 그리고 방탄시험 결과 구형silica STF-Kevlar 복합재료가 보다 우수한 방탄특성을 나타내었다. 한편 방탄시험 시 neat Kevlar 시험편에서는 탄자가 섬유를 pull-out하면서 관통하는 현상이 발생하였으나 LBA시험편에서는 섬유의 pull-out 대신 원주방향으로 섬유가 변형되면서 방탄재료가 변형되는 거동을 보여 서로 다른 변형거동을 각각 나타내는 것으로 관찰되었다.

• Composites Research
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• 제21권5호
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• pp.23-30
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• 2008

칼이나 송곳 같이 날카로운 날이 있거나 같이 뽀족한 도구를 사용한 위협을 군인 뿐 아니라 경찰이나 경호원들에게 쉽게 일어날 수 있다. 이러한 위협으로부터 보호하기 위한 방호복의 소재의 적용하기 위해 방탄소재로 사용되는 Kevlar 직물을 사용하였으며 방검 및 방침 특성 향상을 위해 나노입자가 충진된 전단농화유체(Shear thickening fluid)를 함침하였다. National Institute of Justice 시험 격에 따라 송곳과 칼을 제작하여 낙하충격시험기를 사용한 방검 및 방침특성 평가시험을 수행하였다. 전단농화유체는 각각 100nm, 300nm, 500nm 기의 구형 나노 $SiO_2$ 입자를 충진시켜 제작하였으며 전단농화유체의 함침과 나노 입자의 크기가 갖는 방검 및 방침 특성에 대한 영향력을 평가하였다. STF를 함침한 Kevlar 직물은 송곳을 사용한 낙하충격시험에서는 미처리 직물에 비해 좀 더 높은 충격하중을 지지하며 견고히 송곳의 침투에 저항하는 우수한 방침 특성을 보여준 반면 칼을 사용한 방검시험에서는 효과를 보여주지 못하였다. 특히 전단농화유체를 구성하는 나노입자의 크기는 방침 특성을 결정하는 주요한 인자임을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제21권2호
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• pp.15-24
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• 2008

본 연구에서는 Kevlar 직물에 전단농화 특성을 갖는 나노 실리카 입자를 함침시켜 저속충격 특성 및 마찰특성 실험을 수행하였다. 나노입자의 크기에 따른 영향력을 평가하기 위해 100nm, 300nm, 500nm 직경크기의 구형 실리카 입자를 충진한 전단농화유체를 제작하였으며 유변물성 시험을 통해 전단담화 현상 및 급격히 점성이 증가하는 전단농화현상을 확인하였다. 전단농화유체를 Kevlar 직물에 함침시켜 저속 낙하 충격시험을 수행한 결과 나노입자 처리를 한 Kevlar 직물에서 우수한 충격흡수 특성을 보였으며 특히 함침된 나노입자의 크기가 작을수록 충격흡수양이 증가하였고 변형의 양도 가장 적게 나타났다. Kevlar 직물 내에서의 얀의 Pull-out 실험과 직물간 마찰력 실험을 통해 나노입자의 크기가 작을수록 전단농화 현상으로 인한 마찰력의 증가가 더욱 크게 나타남을 확인하였다. 이러한 마찰력의 증가가 얀의 Pull-out 에너지를 증가시키게 되어 주요 충격흡수 메커니즘으로 작용하게 되는 것이다.

• Composites Research
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• 제35권4호
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• pp.277-282
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• 2022

본 연구에서는 저가 재료인 전분과 물 기반의 현탁액을 이용하여 과속방지턱에 응용 가능한 스마트 소재를 개발하고 물성을 평가하였다. 유변물성측정기를 이용하여 전단율에 따른 점도 및 전단력을 측정하여 전분 농도별 전단농화 발생 현상을 확인하였다. 물체의 낙하 시험과 5-25 km/h의 주행 속도로 충격 후 진동을 측정한 자전거 주행 시험을 통해 거시적인 전단농화현상을 확인하였고, 과속방지턱의 적용 가능성을 확인하였다. 점도 측정 결과, 초기에 전단담화 구간에 이어 전단농화가 발생하였고, 전단농화 현상을 유발하는 임계 변형률은 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 또한 전분 농도 증가에 따라 점도와 전단력이 크게 증가하였다. 낙하시험과 자전거 주행시험 결과 현탁액이 단시간에 고체 상태로 바뀌었고 충격 에너지가 유체에 흡수되었다. 유체의 농도와 가하는 충격(속도)이 증가할수록 전단농화현상이 쉽게 발생하였다. 최종적으로 물과 전분 기반의 비뉴턴 유체로 5-25 km/h 범위에서 구동하는 스마트 과속방지턱 재료의 개발을 제안하였다.

• 화약ㆍ발파
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• 제40권2호
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• pp.1-14
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• 2022

본 연구에서는 발파전색재료와 밀폐용 플러그 장치의 압력 구속 효과를 평가하기 위하여 충격챔버 모델을 구성하여 발파 수치해석을 수행하였다. 현재 개발 중인 전단농화유체 기반의 전색물질과 일반적으로 사용되고 있는 전색재료인 모래의 전색효과를 서로 비교하였다. 또한 발파공 내부압력의 구속효과 강화를 위한 세 가지 형태의 플러그 장치를 시뮬레이션에 적용하였다. 그 결과로서 전단농화유체 기반의 전색재료가 모래전색보다 전색효과가 더 우수한 것으로 나타났다. 또한 전단농화유체 기반의 전색물질과 플러그 장치를 복합적으로 사용하였을 때 발파공 내의 폭발가스의 작용 시간과 영향범위를 효과적으로 향상할 수 있을 것으로 분석되었다.

• 화약ㆍ발파
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• 제41권3호
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• pp.1-12
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• 2023

근접 폭발로 인해 발생하는 폭발 충격파의 위험을 완화하기 위한 기술에 대한 기초 평가를 수행하였다. 기존의 일반적인 기술로는 폭발물 주변이나 충격파의 진행 방향에 방호물질을 사용하여 차단막을 형성하는 방법이 사용되었다. 다양한 폭발 에너지 분산 메커니즘이 제안되었으며, 임피던스 차이를 활용한 폭발 충격파 완화에 대한 연구가 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 전단농화유체(STF)를 충격완화물질로 적용하여 폭발 충격파 완화에 대한 폭발실험 및 수치해석을 통해 STF 완화물질의 효과를 평가하였다. 그 결과로써 STF 완화물질의 폭발 충격압 감쇄성능의 실효성을 확인할 수 있었다.

• Composites Research
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• 제20권3호
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• pp.17-24
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• 2007

본 연구는 순수 Kevlar 직물과 실리카 입자를 포함하는 전단농화유체가 함유된 Kevlar 액체방탄재(STF-Kevlar)에 대한 방탄충격에 의한 파단모드 연구이다. Cal.22 파편탄과 9mm FMJ 볼탄에 의한 방탄시험에 의하여 이 두 재료는 거시적 측면에서 다른 파단모드를 보여주었다. 순수 Kevlar 직물에서는 얀의 뽑힘(Pull-out)이, 그리고 STF-Kevlar 액체방탄재에서는 얀의 파단이 충격에너지를 흡수하는 주 기구로 나타났다. 전자주사현미경에 의한 미시적 관찰에서 Kevlar 섬유 표면의 벗겨짐, 섬유가 여러 가닥으로 갈라지는 스프리트, 그리고 섬유의 절단, 이 세가지 파단 모드가 손상 정도의 차이는 있지만 공통적으로 두 재료에서 관찰되었다. STF-Kevlar에서, 얀 섬유의 파단은 첫째는 실리카 입자로 덮여있는 얀-얀, 직물-직물 사이의 마찰력과, 둘째는 충격시 전단농화 현상의 발생으로 얀의 이동이 강력하게 억제되기 때문인 것으로 보인다.

• 화약ㆍ발파
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• 제41권1호
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• pp.1-18
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• 2023

전색작업은 발파공 내에서 폭발가스가 쉽게 유출되지 않게 적용되는 중요한 과정이다. 전색물질은 폭발 에너지를 더 길게 공 내부에서 작용할 수 있게 하며, 암석의 파쇄도를 증가시키는데 큰 도움이 된다. 본 연구에서는 동적 충격에 반응하는 전단농화유체 기반의 전색물질을 개발하였다. 전단농화유체 기반의 전색재료의 성능을 검증하기 위해 실 규모 발파실험 및 터널현장에 대한 현장 실증을 수행하였다. 첫 번째 실험에서는 전색재료 적용에 따른 발파공 내부의 압력을 직접 측정하였고, 도심지 터널현장 실증에서는 모래전색과 전단농화유체 기반 전색재료의 발파결과를 서로 비교하였다. 발파공 내 압력측정 결과 본 연구를 통해 개발한 전색물질을 적용한 경우, 발파공 상부에서 측정된 압력이 일반적인 모래전색을 적용한 경우보다 낮았으며 폭발가스 분출량도 적었다. 또한 현장 실증결과 터널발파에서 개발전색물질의 굴착성능이 모래전색 발파의 경우보다 우수함을 검증할 수 있었다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제19권3호
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• pp.330-338
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• 2016

Impregnation of shear-thickening fluid(STF) into high-strength fabrics makes a considerable improvement on the ballistic performance of fabric armors. Understanding dissipation augmentation due to shear thickening effects on yarn-yarn and yarn-projectile friction is of great importance in liquid armor research. This paper takes a shearthickening effect into account in numerical simulations by using a velocity-dependent friction model. Impact simulations were performed to validate the friction model as well as to evaluate the ballistic performance of STF-fabrics. Impact simulations on neat fabrics were also conducted to provide baseline results for comparison.

• 터널과지하공간
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• 제32권4호
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• pp.272-284
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• 2022

본 연구에서는 개발 중인 전단농화유체(shear thickening fluid) 기반의 발파전색재료와 밀폐 플러그 장치의 효과를 평가하기 위하여 터널발파를 수행하였다. SAV-Cut공법을 적용하고 있는 터널현장에 STF 단일전색 및 STF 전색재를 플러그와 결합하여 적용하였고, 기존 방식의 모래전색을 적용한 케이스와 굴진율 및 파쇄입도를 비교하였다. 터널 굴진율은 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 평가하였다. STF 전색재료와 STF 전색재료에 플러그를 결합한 경우 모래전색 대비 각 5.7, 5.36% 정도 굴진율이 향상되는 것을 확인하였다. 파쇄입도의 경우 STF 전색재료를 적용하였을 경우 가장 좋게 나타났으며, 모래 전색케이스와 비교하였을 때 약 61% 파쇄입도가 감소하였다. 그러나 플러그 장치적용에 따른 뚜렷한 발파 효과 향상은 관찰되지 않았다.