• 대한기계학회논문집A
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• 제38권1호
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• pp.31-36
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• 2014

본 연구에서는 자동차 코일스프링을 대상으로 CFRP 복합재 재료의 적용가능성을 제시하였다. 기존 강재료를 복합재로 대체해서 대폭적인 경량화를 추구하기 위해서는 재료특성 뿐만 아니라 스프링의 설계인자들도 함께 최적화를 해야 할 것이다. 따라서 먼저 복합재 코일스프링의 전단특성을 고려해서 최대 비틀림강성을 나타내도록 45도로 와인딩한 봉 구조물을 구성하였으며, 예측된 전단탄성계수를 시험결과와 비교한 결과 매우 근사한 값을 나타내었다. 다음으로 45도로 와인딩된 CFRP 복합재 스프링의 소선직경을 결정하기 위해서 비틀림 강성을 강재와 복합재 두 재료에 대해서 동일하게 하였으며, 그 결과, 소선직경은 11.0 mm에서 17.5mm로 재료가 복합재로 변경됨에 따라서 증가되어야 한다. 마지막으로 이 같이 구성된 복합재 코일스프링의 유한요소모델을 구성해서 스프링상수를 계산하였으며, 시험결과와 비교 평가하였다.

• Composites Research
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• 제33권3호
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• pp.91-100
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• 2020

폴리페닐렌설파이드(PPS)는 반결정성 엔지니어링 열가소성 수지로 뛰어난 열안정성, 우수한 기계적 강도, 고유의 난연성 및 내화학성, 전기적 특성을 갖고 있다. 이러한 우수한 특성으로 인해 PPS는 복합체의 매트릭스로 선호되고 있다. PPS의 기계적 물성을 향상시키며 기능성 부여를 위해 탄소섬유나 유리섬유와 같은 필러를 이용한 복합화 연구가 진행되어 오고 있다. 본 총설 논문에서는 PPS와 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 유리섬유 등과의 복합체 제조 및 응용에 대한 연구를 소개하고자 한다.

• Composites Research
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• 제13권4호
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• pp.42-53
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• 2000

차세대 항공기소재로 관심을 가지고 있는 Al 7075/CFRP 적층 복합재인 CARALL(CARbon ALuminum Laminates)하이브리드 복합소재 제조를 위한 중요조건중의 하나인 Al 표면처리조건과 경화방법에 대해 조사하였다. 항공기용 Al 전처리 중 대표적인 것으로 증기탈지, 크롬산 양극산화 피막처리, 황산-중크롬산 나트륨 에칭처리 및 인산 양극산화 피막처리공정이 있다. 본 실험에서는 상기 전처리 공정을 모두 항공 규격에 준해서 실시하여 Lap shear 및 Bell peel strength를 비교함으로써 효과적인 접착강도를 나타내는 표면처리 공정을 찾아내고, 시편의 자연표면상태를 그대로 관찰할 수 있는 AFM(Atomic Force Microscope)장비를 이용하여 각 전처리 시편의 표면형상을 측정함으로써 표면형상과 접착강도와의 상관관계를 고찰 하였다. 그리고 Al 표면처리와 별도로 Al과 접착제 및 탄소섬유 프리프레그를 동시에 경화시키는 방법과 탄소섬유 프리프레그를 미리 경화시킨후 다시 Al과 탄소섬유 라미네이트를 접착필름을 이용하여 재 접착시키는 이차 경화법을 적용하여 상호 접착강도 및 물성을 비교하였다. 또한 이차경화법에서의 오토클레이브 압력 변화와 DMA(Dynamic Mechanical Analysis) 장비를 이용한 접착필름의 유리전이온도($T_g$) 측정을 통해 효과적인 공정압력 및 접착내구성 유지에 필요한 최소 경화시간을 파악하였다. 상기 결과로부터 정밀 치수관리가 필요하며 고접착강도, 내구성 항공기 부품을 제작하기 위한 알루미늄 표면처리 공정과 복합재 경화공정 조건을 제시하고자 하였다.

• Composites Research
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• 제35권1호
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• pp.42-46
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• 2022

탄소섬유 복합재를 제작하였을 때, 함께 적층되는 유리섬유 부직포 개수 및 적층 순서에 따른 기공률과 기계적 물성 간의 상관관계를 확인하였다. 탄소섬유 복합재는 고 투과성 물질인 유리섬유 부직포를 함께 적층 하여 진공 수지 이송 성형 법(vacuum assisted resin transfer molding, VARTM)을 통해 제작하였다. 기공률은 시편의 단면을 광학현미경으로 촬영 후 MATLAB의 기공률 계산 코드를 통해 측정하였고, 기계적 물성은 인장시험을 통해 인장 강도 및 인장 강성, 굽힘 강도, 굽힘 강성을 측정하였다. 또한, 기공률과 기계적 물성 간의 상관관계를 확인하기 위해 두 변수간 피어슨 상관계수를 계산하였다. 결과적으로 유리섬유 부직포의 개수가 증가할수록, 적층 시 중심에서 멀어질수록 기공률이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 인장 강도 및 인장 강성은 기공률과 약한 양의 상관관계를 보였다. 또한, 인장 강도 및 강성에 기공률만이 미치는 영향을 확인하기 위해 고전 적층 판 이론으로 계산한 기계적 물성과 실험값을 비교하였으며, 인장 강도의 차이는 기공률에 강한 양의 상관관계를 인장 강성은 약한 양의 상관관계를 보였다.

• 공업화학
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• 제8권3호
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• pp.489-501
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• 1997

일정한 전류하에서 내방사선성이 우수한 2-vinylnaphthalene(2-VN)과 methylmethacrylate(MMA)의 전기중합을 탄소섬유 표면 위에서 실시하였다. 단량체의 용해도 증대를 위해 N,N-dimethylformamide(DMF)를 용매로 사용하고, 질산나트륨을 전해질로 하여 전기중합을 실시하였다. 탄소섬유-2VN/MMA의 프리프레그 제조는 1:1 비율의 공단량체 용액 조성하에서 실시되었다. 본 전기중합 실험에서는 전류 밀도, 공단량체 농도, 전해질 농도와 반응시간에 따라 탄소섬유 표면에서 얻어지는 수율을 열중량분석기(TGA)로 측정하였다. 600~800mA/g 전류밀도에서 50wt%의 최대 수율을 얻을 수 있었으며, 800mA/g 이상에서는 수율이 급격히 감소하였다. 농도에 따라 수율이 증가하였지만 전해질 농도에는 영향이 없었다. 초기반응시간 약 30분 동안에 20wt%의 빠른 수율증가가 관찰되었다. 최대 수율을 얻을 수 있는 최적 조건하에서 제조된 프리프레그를 이용하여 탄소섬유 복합재료를 제조하였으며 $^{60}Co$ $\gamma$-ray 조사 전후의 표면형태학적 변화를 통해 내방사선성을 조사하였다.

• Composites Research
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• 제19권4호
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• pp.7-14
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• 2006

미소 드랍릿 시편을 이용한 탄소섬유와 에폭시 수지 사이의 계면전단강도에 대해 시험분석하였다. 또한 드랍릿 모델, 원형 단면 모델, 인발모델의 3종류의 유한요소해석을 통해 섬유/수지간의 응력분포를 계산하였다. 본 연구결과는 다음과 같다. (1) 미소드랍릿 시험의 경우는 인발시험보다 섬유/수지의 계면에서 큰 응력집중이 나타났으며 계면박리가 낮은 하중수준에서도 발생하기 용이함을 알수 있었다. (2) 미소드랍릿시험에서 높은 계면강도를 보였는데, 이는 미소드랍릿의 형상과 사이즈, 바이스팁과 접촉하는 부위의 응력집중효과를 함께 받았기 때문으로 해석되었다.

• Composites Research
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• 제37권1호
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• pp.15-20
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• 2024

수소탱크의 잔류응력은 내구도와 직접적인 관련이 있기 때문에 안전을 위해 이를 줄이는 것이 매우 중요하다. Type II~IV 수소탱크는 섬유에 수지를 함침시켜 라이너에 감는 필라멘트 와인딩 공법으로 제작하게 된다. 필라멘트 와인딩에서 잔류응력은 경화조건, 섬유 인장 등에 영향을 받게 되는데, 본 연구에서는 탄소섬유 필라멘트 와인딩 공정을 이용한 Type III 수소탱크 제작 시 경화조건이 잔류응력에 미치는 영향을 분석하였다. 먼저 에폭시 수지의 경화거동을 시차주사열량계를 이용하여 분석하였다. 이를 통해 경화온도를 140℃로 설정하였다. 같은 경화시간 동안 140℃에 먼저 도달하는 2-stage 경화조건과, 보다 늦게 도달하는 4-stage 경화조건으로 각각 시편을 경화시켰다. 경화 후 복합재 부분의 잔류응력을 ring slitting 법으로 측정하였고, 이 실험값을 수치해석적인 값과 비교하였다. 그 결과, 경화조건 최적화에 따른 유의미한 잔류응력의 차이가 발생함을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제30권1호
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• pp.71-76
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• 2017

본 연구에서는 환경인자에 노출된 탄소섬유/에폭시 복합재의 층간전단강도를 이용하여 장기 성능을 예측하였다. 필라멘트와인딩 공법으로 제작된 층간전단시편은 분위기 온도가 $50^{\circ}C$, $70^{\circ}C$, $100^{\circ}C$인 건조 조건과 분위기 온도가 $25^{\circ}C$, $50^{\circ}C$, $70^{\circ}C$인 침수 조건에 각각 3000시간까지 노출시켰다. 연구결과에 따르면 분위기 온도가 $50^{\circ}C$와 $70^{\circ}C$인 건조 상태에서는 층간전단강도가 노출시간에 따라 크게 변하지 않지만 분위기 온도가 $100^{\circ}C$인 건조 상태에서는 노출시간이 길어지면 후경화로 인해 다소 증가한다. 그러나 분위기 온도가 $25^{\circ}C$인 침수 상태의 경우 층간전단강도는 노출 초기에 크게 변하지 않다가 노출시간이 길어지면 감소하고 감소 정도는 분위기 온도가 높아지면 커진다. 각 분위기 온도에 대한 층간전단강도 선형회귀식은 침수 상태에 3000시간까지 노출된 시편에서 얻은 층간전단강도에서 구할 수 있었다. 이들 선형 회귀식을 이용하면 층간전단강도는 분위기 온도가 $25^{\circ}C$와 $50^{\circ}C$인 경우 측정값의 5.5% 이내, 분위기 온도가 $70^{\circ}C$인 경우 측정값의 2.3% 이내로 예측이 가능하였다. 따라서 제시된 성능 예측 절차는 환경인자에 노출된 탄소섬유/에폭시 복합재의 장기 층간전단강도를 잘 예측할 수 있다.

• Composites Research
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• 제32권1호
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• pp.78-84
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• 2019

본 연구에서는 동적기계분석장치(dynamic mechanical analysis, DMA)와 시간-온도 중첩법(time-temperature superposition, TTS)을 이용하여 탄소섬유/에폭시 복합재의 장기 성능을 예측하고자 하였다. 이를 위해 단일 진동수 시험, 다중 진동수 시험, 크리프 TTS 시험을 수행하였다. 단일 진동수(single-frequency) 시험과 다중 진동수(multi-frequency) 시험에서는 $-30^{\circ}C$에서 $240^{\circ}C$까지 $2^{\circ}C/min$로 온도를 상승시키면서 $20{\mu}m$ 진폭의 사인(sine) 파형의 하중을 가하였으며 다중 진동수 시험에 적용된 진동수는 0.316, 1, 3.16, 10, 31.6 Hz이다. 크리프 TTS 시험에서는 $-30^{\circ}C$에서 $230^{\circ}C$까지 $10^{\circ}C$마다 15 MPa의 응력을 10분 동안 가하였다. 단일 진동수 시험을 통해 유리전이온도를 구하였으며 다중 진동수 시험을 통해 진동수 별 유리전이온도에서 활성화 에너지와 온도 별 저장탄성계수 선도를 구하였다. 또한 아레니우스 식(Arrhenius equation)을 통해 얻은 이동 인자를 적용하여 기준 온도에 대한 마스터 선도를 얻었다. 또한 크리프 TTS 시험을 통해서는 크리프 컴플라이언스 선도를 구하고 직접 이동 기법을 이용하여 구한 이동 인자를 적용하여 기준 온도에 대한 마스터 선도도 얻었다. 이와 같은 과정을 통해 얻은 마스터 선도를 이용하면 주어진 환경 조건에 대한 탄소섬유강화 복합재의 장기 성능을 예측할 수 있다.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권10호
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• pp.2407-2417
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• 1993

Thermal deformations and stresses due to temperature changes are the serious problems in cryogenic structures such as the torque tube in a superconducting generator, In this paper, the equations of thermal expansion coefficients expressed only by material properties and winding angles are derived for the filament wound composite tubes. The experimental results of thermal contraction of CFRP tubes are compared with those from theoretical approach. Composite tubes with optimally regulated thermal expansion coefficient are designed on the basis of the study for the torque tube in the superconducting generator with temperature distributions varying from 300K to 4.2 K. The filament winding angle of composites resisting thermal stresses properly is sought by the finite element method using layered shell elements. The results show that the composite tubes designed for the requirements in cryogenic environments can effectively cope with the thermal stress problem.