• Composites Research
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• 제36권6호
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• pp.441-447
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• 2023

최근 경량 소재에 대한 수요 증가로 기존 금속과 복합재간 접합 관심이 지대하다. 리벳팅과 같은 볼트 체결인 기계적 결합의 경우 응력 집중, 균열 및 박리가 발생함에 따라 접착제를 사용한 화학적 결합이 주목받고 있다. 본 논문에서는 접착제의 접합강도 향상을 위해 레이저 및 플라즈마 표면처리를 진행하였으며, 이에 대한 접착특성을 평가하고자 한다. 접합강도 실험을 위해 흔히 자동차용 소재로 사용되는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), CR340(Steel)과 Al6061(Aluminum)을 실험 소재로 선정해 레이저 및 플라즈마 표면처리를 진행 후 단축전단강도를 측정하였다. 플라즈마 표면처리 후 CFRP-CR340 및 CFRP-Al6061 이종소재 시편에서 각각 접합강도가 7.3% 및 39.2% 향상되었다. CR340-Al6061 시편은 레이저 표면처리에서 기준 시편대비 56.2% 증가하였다. 플라즈마 표면처리 후 표면자유에너지(SFE)가 향상되었는데 이는 화학반응 메커니즘을 통해 손상을 최소화해 접합강도 향상을 나타낸 것으로 사료된다. 레이저 표면처리는 물리적 표면처리로 거친 접합 표면 생성으로 인해 mechanical interlocking 효과로 인해 접착 강도가 향상된 것으로 사료된다. 본 연구를 토대로 실제 구조물 파손의 대표적인 원인인 피로파손을 예방하기 위해 장기 피로시험을 진행 할 예정이다.

• Composites Research
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• 제37권3호
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• pp.170-178
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• 2024

본 연구에서는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)에 얇은 구리 필름(Cu film)이 배치된 hybrid composite이 제안되었으며, 두께방향 열전도도가 최대가 될 수 있는 Cu film 배치조합을 도출하는데 양자 어닐링(Quantum Annealing)이 적용되었다. CFRP의 각 ply와 Cu film간의 상관관계 분석이 유한요소 해석을 통해 수행되었으며, 수행된 결과를 바탕으로 조합 최적화 문제가 정의되었다. 정의된 문제를 양자 어닐링에 임베딩하기 위한 공식화 과정이 진행되었으며 이를 통해 CFRP의 각 ply에 투입될 수 있는 Cu film 수량에 관한 목적함수와 제약조건이 수식으로 구현되었다. 공식화된 수식은 D-Wave 양자 어닐러에 임베딩되기 위해 Ocean SDK(software development kit)와 Leap을 통해 프로그래밍 되었으며, 양자 어닐링 과정을 통해 두께 방향 열전도도가 최대를 만족하는 최적의 Cu film 배치 조합이 도출되었다. 도출된 배치 조합은 투입될 수 있는 Cu film의 수량이 적어질수록 단순한 배치 형태를 나타내었으며, 수량이 많아질수록 세밀한 배치를 보였다. Cu film의 배치 수량에 따라 생성된 최적 조합들은 두께 방향으로의 고유 열전도 경로를 나타내었으며, Cu film의 횡방향 배치 자유도가 두께 방향 열전도도 결과에 민감하게 나타날 수 있음을 보였다.

• Composites Research
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• 제35권2호
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• pp.93-97
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• 2022

열가소성 복합재의 핫프레스 성형공정에서 근적외선 가열의 적용은 소재를 성형온도까지 고속가열함으로써 공정 전체의 생산성을 확보할 수 있으나, 고에너지, 높은 성형온도, 고속가열에 의해 소재의 열화가 발생하여 재용융 성능 등의 소재 특성이 저하될 수 있다. 이에 본 연구는 고성능 항공소재로 활발히 연구개발되고 있는 Carbon fiber reinforced Polyetherketoneketone(CF/PEKK) 복합재에 적합한 핫프레스 성형공정의 최적화된 공정조건을 확립하기 위하여 근적외선 고속가열을 적용하였을 때, CF/PEKK 복합재에서 발생할 수 있는 열화 메커니즘과 그 특성을 형태학적, 열적 특성 및 기계적 성능 시험을 통해 평가하였다. 열화 반응에 따른 메커니즘 규명은 광학현미경을 활용하여 PEKK의 결정구조의 형태학적 조사를 기반으로 분석하였다. 그 결과, 열화가 진행됨에 따라 구결정의 크기가 감소하며 최종적으로 완전 열화 시 구결정이 소멸되는 것을 확인하였다. 열적 특성은 용융온도, 결정화온도, 발열량이 열화가 진행됨에 따라 감소하는 경향이 관찰되며, 460℃ 장시간 노출에서 결정구조가 소멸된 것을 확인하였다. 랩전단강도(Lap shear strength)시험 결과, 열화된 표면에서는 낮은 접합강도가 관찰되며, 접합면 분석에서 특정 면에서는 열에 의한 용융 특성이 나타나지 않았다. 결론적으로 CF/PEKK 복합재의 근적외선 고속가열 적용에 있어 특정 온도에서 열화 진행되며, 이에 구결정의 형태학적 변화와 열가소성 소재의 재용융 특성의 저하를 확인하였다.

• 전자공학회논문지 IE
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• 제43권4호
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• pp.122-127
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• 2006

무전해 도금법을 이용하여 고분자섬유의 형태를 가진 전도성 필러를 제조하였다. 나일론 6과 레이온 섬유 분체에 니켈과 구리를 도금한 복합 전도성 필러를 제조하였다. 입도 분석기를 이용하여 필러의 입자크기분포를 측정하였으며, 전도성 필러의 전도성을 측정하기 위해 전도성 분석기를 이용하였으며, 본 연구의 전도성 필러와 유사한 용도로 사용되는 탄소섬유의 전도성을 측정하여 전도성의 차이점을 비교하였다. ABS 수지에 제조된 전도성 필러를 주입하여 필름을 만들어서 1MHz$\sim$1GHz 주파수 대역에서 전자파 차폐 특성을 측정하였다. 제조된 전도성 필러가 첨가된 필름의 전자기파 차폐 특성을 측정하기 위하여 ASTM(D4935-89) 규격의 플랜지형 동축전송선 측정기구를 사용하였다. 제조된 전도성 필러는 기존의 탄소계 필러에 비해 전도성이 커서 전자파 차폐용 재료로 적합하였다.

• Composites Research
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• 제31권5호
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• pp.215-220
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• 2018

본 연구에서는 적층 패턴이 다른 5가지 섬유금속적층판(Fiber Metal Laminates, FMLs)에 대한 유한요소해석을 수행하여 선행 연구로 수행한 낙추충격시험과의 유사성을 검증하였고, 효과적인 저속 충격 해석 모델을 개발하였다. 또한 동일한 두께를 가지는 연강(mild steel)과 에너지흡수율을 비교하여 Carbon-Steel 섬유금속적층판의 내충격성을 확인하였다. Carbon-Steel 섬유금속적층판은 동일한 두께를 가지는 연강에 비하여 우수한 충격흡수율을 보였으며, 모든 적층 패턴에서 96% 이상의 높은 에너지흡수율 갖는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 저속 충격 해석 모델은 복합형상 및 자동차 구조체 연구에 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제30권3호
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• pp.318-327
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• 2006

Due to the diversified use of recent Piezoelectric Zirconate Titanate Composite Actuate. (PZTCA), various PZTCAs with the different ply orientation of the fiber layer have been applied. For this reason, the applicable bending moment equation is necessary even though the fiber layer ply orientation and the laminate configuration are changed. The aim of this research is to evaluate the relationship between the total effective moment $(M^E)$ and Bernoulli-Euler bending moment (M) when the ply orientations of UD CFRP are changed. In conclusions, firstly, as the performance test results by the CFRP ply orientation, the performance of [0] and [90] were stable. However, while the performance of [+45] was suddenly decreased after 5 hours. Secondly, the change of $(M^E)$ by the CFRP ply orientation was evaluated. As the CFRP ply orientation was increased from [0] to [+60], the $(M^E)$ were gradually decreased. However, they became a little bit increased from [+60] to [90]. Finally, after the change of M by the CFRP ply orientation was evaluated, it was found that $M^E=2.2M$ was valid for just [0] and that there was a relationship between $M^E$ and M according to the ply orientation.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권6호
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• pp.798-803
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• 2018

Si을 리튬이온전지 음극활물질로 사용하기 위해 입도를 $0.5{\mu}m$ 보다 작은 크기로 제어하였고 표면에 탄소를 약 10 nm 두께로 코팅하였다. 그 위에 탄소섬유를 50~150 wt% 양으로 성장시키고 다시 한 번 탄소코팅을 진행하였다. 이렇게 만들어진 Si 합성물질은 전기전도성을 높이기 위한 공정으로 이종 금속을 혼합하였으며 수명 특성을 개선하기 위해 흑연과 복합화하였다. 실험 변수에 따른 재료들의 물리화학적 특성을 XRD, SEM 및 TEM을 사용하여 측정하였고 코인셀을 제조하여 전기화학적 특성을 평가하였다. Si/PC (Pyrolytic Carbon)/CNF (Carbon Nano Fiber)보다 Si/PC/CNF/PC가 전체적으로 Si 함량이 줄어 방전용량은 상대적으로 낮게 나타났지만 전지평가에서 중요한 수명특성에서는 좋은 결과를 보여주었다. 0.2 C rate에서 $1512mA\;h\;g^{-1}$의 초기 방전 용량과 78%의 초기 효율을 나타내었고 10 싸이클에서 94%의 용량 보존율을 보여주었다.

• Composites Research
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• 제33권6호
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• pp.371-376
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• 2020

접착강도는 표면처리 기술을 통해 향상시킬 수 있다. 가장 일반적인 방법은 기계적인 결합력을 향상시킬 수 있는 접착 표면의 변화이다. 본 연구는 접착면의 레이저 표면 처리가 기계적 결합력에 미치는 영향과 탄소섬유 강화 복합재료(CFRP)의 접착 결합에 대해 설명한다. 1064 nm의 레이저를 활용하여 표면 조도를 패턴화했다. 레이저 샷의 수, 패턴의 방향, 길이가 CFRP/CFRP 단일 조인트의 접착력에 미치는 영향을 인장 시험을 통해 조사했다. ASTM D5868에 따른 시험을 수행하였으며, 파단 후 손상된 표면을 분석하여 결합 메커니즘을 결정했다. 접착 강도의 증가를 위해서는 CFRP 표면에 최적화된 레이저 샷의 수와 조도 깊이가 구성되어야 한다. 인장방향에서의 전단응력을 고려할 때, 접착층의 파단 경로를 길어지게 하는 45°의 방향의 조도가 접착강도의 증가를 야기했다. 그러나 레이저에 의한 조도의 길이는 접착 강도에 크게 영향을 주지 못했다. 레이저를 이용한 접착면의 표면처리는 기계적 결합 메커니즘을 확보하고 CFRP 접착 조인트의 접착 강도를 향상시키는 적합한 방법이라는 결론을 도출할 수 있다. 레이저 처리를 이용한 이점을 완전히 이용하기 위해서는 최적화된 레이저 공정 변수에 대한 연구가 반드시 필요하다.

• 예술인문사회 융합 멀티미디어 논문지
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• 제8권3호
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• pp.589-596
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• 2018

현대 사회에서 의식주 중에서 구조물이나 운송수단은 중요한 역할을 가진다. 만약 구조물이나 운송수단에 작은 크랙이라도 생기고 크랙이 진전되면 그 부품들이 파괴되어 큰 사고를 야기할 수 있다. 이러한 상황을 방지하기 위한 본 연구에서는 크랙의 진전에 따른 파손 경향을 조사하기 위하여 시험편을 이용하였다. CT 시험편의 재질로는 요즘 각광받는 복합재료인 단방향 탄소섬유 강화플라스틱을 사용하였다. 시험편 모델은 단방향성 섬유로서 적층각도를 주었고 적층각도는 [60/-60/60/-60]순으로 지정하였다. 해석 조건으로는 하단부의 홀을 고정시킨후 상단부 홀을 15mm의 강제 변위를 가하였다. 본 연구 결과로는 구조용 강, 구리, 티타늄, 알루미늄 순으로 등가응력과 전단응력이 높게 나왔다. 이러한 결과는 이종재료로 만들어진 CT 시험편의 파손을 검증하는 데 유용하게 사용될 수 있다고 사료된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권3A호
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• pp.349-356
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• 2008

FRP 보강재는 기존 구조물의 보수 및 보강뿐만 아니라 신설구조물의 철근을 대체할 재료로 최근에 광범위하게 사용되고 있다. 외부에 부착되는 FRP 쉬트 및 판은 콘크리트 보와 슬래브의 휨 및 전단보강을 목적으로 사용되는 가장 일반적인 기술이지만 많은 경우에 있어서 외부에 부착된 FRP 쉬트 및 판이 파괴되기 전에 FRP와 콘크리트 계면에서 부착파괴와 같은 조기파괴가 발생하는 문제점이 대두되어 표면매립공법이 도입되었다. 본 연구에서는 표면매립공법으로 보강된 RC보의 거동 특성 및 보강성능을 파악하기 위해 실험을 수행하였다. 실험을 통하여 표면부착공법과 표면매립공법의 성능을 비교하고 탄소판 및 탄소로드의 매립 개수를 변수로 하여 보강성능을 고찰하였다. 또한 파괴모드 예측을 위해 해석모델을 제안하였다.