• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.80-85
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• 2016

탄소섬유강화 복합재는 기계적 물성이 우수하여 다양한 산업분야에서 활용되고 있으나 섬유길이가 짧은 단섬유 형태로 함침 되고 있어 강도와 강성을 증대시키는데 한계가 있다. 이를 보완하기 위한 LFT-D성형은 탄소 또는 유리섬유를 열가소성 수지와 혼합하여 압출 후 프레스 성형하여 제품을 만드는 공법으로 연속공정이 가능하고 사출성형에 비해 생산성이 높아 자동차 구조용 부품을 제작하는데 사용할 수 있다. 본 연구에서는 LFT-D공법으로 성형된 탄소 장섬유강화 열가소성 복합소재의 기계적 특성을 파악하기 위하여 탄소 장섬유의 함침과 압출공정을 수행할 수 있는 Lab scale의 소형 압출기 시스템을 제작하였다. Lab scale의 소형 압출기를 사용하여 제작된 탄소 장섬유 복합소재를 프레스 성형하여 시편을 제작하고 재료의 기계적 특성을 평가한 결과, 탄소섬유길이, 프레스 가압압력 및 탄소섬유 함유량이 복합소재의 강도 및 강성의 증가에 영향을 미침을 알 수 있었다. 향후 탄소 장섬유 복합소재의 기계적 성질 향상을 위해서 혼합 스크류 설계, 탄소 섬유코팅 등에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

• 한국철도학회논문집
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• 제12권6호
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• pp.1059-1066
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• 2009

근래에 와서 강화 플라스틱 복합재료의 생산과 함께 열경화성 수지 폐기물들의 양이 급격하게 증가하여 심각한 환경문제를 야기하고 있다. 우수한 기계적 물성을 지닌 유용한 열경화성 수지의 하나인 에폭시 수지는 열가소성 수지처럼 용융되거나 재 성형되지 않는다. 본 연구에서는 철도 차량용 탄소섬유 강화 에폭시 수지 복합재로부터 에폭시 수지를 분해하여 탄소섬유를 회수하는 일련의 실험을 수행하였다. 여러 분해공정들을 실험적으로 조사하여, 분해 효율과 회수되는 탄소섬유의 기계적 물성을 비교 검토하였다. 회수되는 탄소섬유가 서로 엉키는 것을 방지하기 위해서 각 복합재료 시편은 테플론 지지대로 고정시키고, 기계적인 교반을 가하지 않았다. 분해 생성물은 전자현미경(SEM), 기체 크로마토그라피 질량분석기(GC-MS) 및 만능재료시험기를 사용하여 분석하였다. 질산 수용액을 사용하는 분해 공정과 액상 및 기상 열분해 공정에서는 탄소섬유가 완전하게 회수되었다. 회수된 탄소섬유의 인장강도 감소율은 4% 미만으로 미미하였다.

• Composites Research
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• 제20권6호
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• pp.1-7
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• 2007

본 연구에서는 팽창흑연/탄소섬유 혼합 보강 전도성 고분자 복합재료를 2단계 성형 공법으로 제조하였으며, 탄소섬유의 첨가가 전도성 고분자 복합재료의 전기적, 기계적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 전도성 충진재들은 고분자 수지와 기계적으로 혼합되었으며 이를 통하여 복합재료가 전기적 특성을 가지도록 하였다. 팽창흑연은 입자 간 접촉 면적이 넓기 때문에 복합재료 내 전도성 네트워킹의 형성에 매우 유리하지만, 팽창흑연과 고분자 수지만을 사용하여 상기 공정으로 복합재료를 제조할 경우 우수한 기계적 강도를 얻기가 어렵다. 따라서 이를 보완하기 위하여 탄소섬유를 복합재료에 첨가하였으며 전기적 기계적 물성을 바탕으로 탄소섬유의 혼합 비율을 최적화하였다. 굽힘 강도는 탄소섬유의 충친 비율이 증가할수록 섬유에 의한 강화 효과에 의하여 증가 하지만, 32wt.% 이상에서는 오히려 감소하였다. 이는 여분의 탄소섬유들이 공극을 발생시켜 응력집중이 발생하기 때문으로 판단된다. 전기 전도도는 탄소섬유의 비율이 증가할수록 전도성 공백이 발생하고 팽창흑연의 전도성 네트워킹이 저해되기 때문에 계속 감소한다.

• Composites Research
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• 제22권3호
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• pp.82-88
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• 2009

본 연구에서는 노치 홀과 기계적 체결 홀이 탄소섬유강화 복합재의 강도특성에 미치는 영향에 대하여 연구를 수행하였다. 강도는 상온건조, 저온건조($-55^{\circ}C$)와 고온다습 조건($108.3^{\circ}C$)에서 측정하였으며, 실험결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻었다. 기계적 체결 홀에서 인장강도의 증가는 볼트에 의해서 가해진 구속으로 홀 주위의 손상을 억제함으로써, 강도를 증가시킨 것으로 분석된다. 저온($-55^{\circ}C$)에서 인장강도의 증가는 섬유와 모재의 열팽창계수 거동의 특성에 따른 취성 증가의 요인이며, 고온다습 조건($108.3^{\circ}C$)에서 압축강도 감소는 침투만 수분에 의해 섬유와 모재의 층간 결합부의 물성이 저하한 것으로 사료된다.

• Composites Research
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• 제37권3호
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• pp.186-189
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• 2024

본 연구는 나노필러가 혼합된 열가소성 탄소섬유강화 복합재료(Carbon fiber reinforced thermoplastic polymer, CFRTP)의 물성을 비교 평가하였다. Polyamide 6 (PA6) 수지에 Multi-wall carbon nano tube (MWCNT), Silicon oxide, Core shell rubber, Aramid nano fiber 등의 다양한 나노필러를 혼합한 후, 이를 기지재(Matrix)로 탄소섬유강화복합 재료(CFRP)를 제조하여 그 물성을 측정하였다. 나노필러의 종류와 혼합비율에 따라, 인장강도, 층간계면결합력 (Inter-laminar shear strength), Izod 충격 강도 등이 측정되었다. 인장 강도와 충격 강도의 경우 Core shell rubber를 혼합한 경우 가장 높은 물성을 가졌으나, 계면결합력은 silicon oxide를 1 wt.% 이하 혼합하였을 때 최적값을 가졌다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제44권3호
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• pp.406-414
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• 2016

본 연구에서는 리그닌 기반 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile, PAN) 공중합체를 전기방사하여 나노탄소섬유 매트를 제조한 다음, 에폭시 수지를 보강하여 제조한 복합재료의 열적 특성 및 기계적 강도를 조사하였다. 나노탄소섬유 매트/에폭시 복합재는 에폭시 수지와 유사한 열분해 거동을 보이고 있는 반면에 유리전이온도는 $106.9^{\circ}C$로 순수에폭시 수지의 유리전이온도($T_g$) $90.7^{\circ}C$보다 다소 높은 경향으로 나타나 열적 안정성이 향상된 결과로 사료된다. 리그닌 기반 공중합체 및 순수 PAN으로 만든 나노탄소섬유 매트의 인장강도는 각각 7.2 및 9.4 MPa로 나타났으며, 리그닌 기반 나노탄소섬유 매트/에폭시 복합재료의 인장강도는 43.0 MPa로 나타났다. 이는 나노탄소섬유 매트/에폭시 복합재료에서 에폭시 수지 매트릭스(matrix) 내에서 나노탄소섬유가 강화제(reinforcing filler)로 작용한 효과로 약 6배의 인장강도 향상을 보였다. 인장강도 측정 후 시편의 절단면에서 나노탄소섬유 자체의 높은 인장강도(478.8 MPa) 및 에폭시 수지와의 약한 계면접착성에 기인하는 나노섬유의 뽑힘현상이 관찰되었다.

• 한국재료학회지
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• 제3권3호
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• pp.292-299
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• 1993

본 연구에서는 탄소/탄소복합재료의 마모특성에 대한 탄소섬유 길이의 영향을 고찰하였다. 매트릭스 precursor로 레졸형의 페놀수지와 강화재로 표면처리를 하지않은 PAN계 단섬유형 탄소섬유를 사용하여 액상함침법으로 1회의 고온열처리 공정과 4회의 탄화공정을 통하여 탄소/탄소복합재료를 제조하였다. Disk-on-disk형의 마모시험기를 통하여 상대 마찰재로 AISI 304 stainliss steel을 사용하여 0.6MPa(61 ${\times}{10^3}$Kg/$m^2$)의 압력과 0.71m/sec의 미끄러짐 속도하에서 측정된 탄소/탄소복합재료의 마찰계수는 0.2-0.3이었다. 마찰계수에 대한 섬유의 길이의 영향은 크게 나타나지 않았지만, 마모 속도는 섬유의 길이가 증가함에 따라 증가하는 경향이 나타났다. 본 실헙 결과를 섬유 강화 플라스틱의 마모 모델을 적용하여 고찰하여 본 결과, 섬유의 길이가 증가함에 따라 탄소/탄소복합재료의 마모 속도가 증가되는 경향은 생성된느 마모조각의 크기가 커기기 때문에 나타난 현상으로 판단되었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권10호
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• pp.1411-1417
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• 2010

탄소섬유강화 복합재료는 높은 비강도, 비강성, 설계유연성 및 우수한 화학적 특성 등으로 인하여 여러분야에서 각광받고 있는 구조재료이다. 대부분의 CFRP 복합재료 제품들은 여러 부품들을 주로 볼트, 핀 등의 기계적인 방법으로 조립하여 제작된다. 볼트나 핀에 의해 발생하는 hole 은 구조물 내에서 노치로 작용하여 부품의 강도저하의 원인으로 작용한다. 본 논문에서는 피로하중에 의한 CFRP 복합재료 홀 노치재의 잔류강도를 실험적으로 평가하였다. 이를 위하여, 시편에 일정 반복 수만큼 피로하중을 부여하였으며, 이후 파괴시험을 통하여 홀 노치재의 잔류강도를 측정하였다. 그 결과, 피로하중으로 인해 하중방향의 균열이 발생하는 것을 확인하였으며 이 균열이 홀의 노치효과를 감소시켜 잔류강도를 증가시키는 것으로 생각되었다. 시편의 잔류강도는 일정 수준까지 증가하다가 감소하는 것으로 평가되었으며, 이를 Reifsneider 등의 평활재 잔류강도 저하모델과 Yip 등의 홀 노치재 응력재분포 함수를 이용하여, 피로하중 하의 홀 노치재 잔류강도 변화를 수식으로 나타내었다.

• Composites Research
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• 제27권1호
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• pp.14-18
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• 2014

탄소섬유 복합재료는 내열성 및 우수한 기계적 특성을 가지고 있는 우수한 재료이지만 가격이 비싼 결점이 있다. 따라서 본 연구에서는 높은 기계적 강도를 가지며, 가격이 비싸지 않은 재료의 개발을 위해 탄소섬유에 현무암 섬유를 첨가하여 하이브리드 복합재료를 제작하였다. 현무암 섬유의 함유 비율이 높아질수록 강도는 감소하였으며, 탄소의 강화재 비율이 80% 정도에서 CFRP와 유사한 강도를 얻을 수 있었다. 또한 섬유 각각을 적층하여 복합재료를 제작하는 것 보다 섬유사를 혼합시켜 제작한 복합재료에서 더 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있었다.

• Composites Research
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• 제17권2호
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• pp.15-20
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• 2004

나사산을 가지는 구조재료는 높은 전단 응력을 한 방향으로 전달해 주는 용도로 많이 사용되며, 이를 응용하여 고속의 충격에너지나 전단하중에 견별 수 있는 기어 모양의 부품 등 항공 및 군수용 재료에 적용되어왔다. 최근에는 재료를 보다 경량화 하려는 노력의 일환으로 기존의 금속재료를 섬유강화 고분자 수지계 복합재료로 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 탄소섬유/열경화성 수지계 복합재를 사용하여 나사산(groove)을 가지는 시편을 제작한 뒤 역탄도 기법으로 고속변형 특성 평가를 실시하였고, 이를 통하여 군수용 부품 재료로의 적용 가능성을 타진해 보았다.