• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.289-289
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• 2013

CRFP (carbon fiber reinforced plastics)는 탄소섬유 직물에 수지를 함침시켜 만들어지며, 고강도, 고탄성을 지니면서도 가볍고 밀도가 낮기 때문에 항공우주, 스포츠 용품 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 탄소섬유와 수지의 결합력을 증가시키기 위해 사이징, $HNO_3$ 산화, 전기화학적 산화, 플라즈마 처리 등의 다양한 탄소섬유 표면처리 방법이 개발되고 있다. 본 연구에서는 복합재의 강도향상을 위해 탄소섬유 직물을 마이크로웨이브 알곤 플라즈마로 처리하여 강도변화를 관찰하였다. 플라즈마 처리된 직물은 열가소성수지인 CBT와 함침시켜 탄소섬유 복합재로 제조하였다. 그 결과 플라즈마 처리한 복합재의 강도 향상을 확인할 수 있었고, SEM(scanning electron microscope)을 통해 복합재의 표면이 거칠어진 것을 관찰할 수 있었다. 플라즈마로 인해 직물의 표면적이 증가하여 직물의 표면과 수지의 결합력이 증가한 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제28권4호
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• pp.168-175
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• 2015

탄소섬유 강화 복합재료는 높은 비강도 및 비강성을 가지기 때문에 자동차 산업, 선박, 우주 항공 산업과 같은 다양한 산업 분야에 적용되어 왔으며, 수요가 점차 증가하고 있다. 탄소섬유 강화 복합재료에는 기지재로 주로 에폭시(Epoxy)와 같이 점도가 낮고 젖음 특성이 우수하며 강도가 양호한 열경화성(Thermosetting) 수지가 사용된다. 열경화성 수지는 우수한 물리적 특성을 나타내지만 재사용이 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 재사용이 가능한 탄소섬유 강화 열가소성 수지(Thermoplastic) 복합재료 개발 및 탄소섬유 재사용에 관한 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 열분해 방법을 사용하여 탄소섬유/에폭시 복합재료로부터 탄소섬유와 수지를 분리하여 탄소섬유를 재활용하였다. 에폭시의 분해도(Degree of decomposition)는 열중량분석기(TGA)와 시차 주사현미경(SEM)을 통해 확인하였다. 수지로부터 분리해낸 탄소섬유는 절단(Cutting)과 그라인딩(Grinding) 방법을 거쳐 탄소섬유 복합재료 시트(Sheet)를 제조하였다. 재활용 탄소 섬유로 제조된 탄소섬유 시트는 각각 다른 냉각조건에서 결정화 엔탈피(Crystallization enthalpy)와 기계적 특성, 표면과 단면의 형태를 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.131.1-131.1
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• 2010

고분자연료전지(PEMFC)에서 기체확산층(GDL)은 다공성의 카본 종이/천 위에 마이크로한 다공층을 가치는 구조로 촉매층을 지지하고 촉매층과 분리판 사이의 전류전도체 역할을 한다. 또한 촉매층에 연료와 공기 확산 및 생성된 물의 통로 역할을 하며 소수성인 전기전도성 물질로 이루어져 있다. 현재 연료전지에 쓰이는 가스확산층은 대부분 국외 회사에서 제조 수입 사용하는 현황이고 국내에서는 협진 I&C가 연구하고 있으나 상용화는 아직 이루어지지 않고 있다. 본 연구는 탄소섬유의 전도성을 개선하고자 탄소섬유 표면에 금속코팅 시 최적의 접촉계면유지를 위한 표면처리 방법 및 공정을 조사 분석 후 최적 개선방법(농도/온도/압력/시간)을 설정하고자 하였다. 또한 선정된 공정인자별 수준별 시험 후 샘플링 된 시료를 토대로 금속물질이 탄소섬유 표면에 코팅(도금)된 금속-탄소섬유를 대하여 평가하여 최적화시키고자 탄소섬유로부터 carbon paper GDL의 모재를 개발할 계획이다. 앞에서 설명한 바와 같이 탄소섬유를 이용하여 paper making, resin impregnation, molding, carbonization/graphitization의 제조공정을 거쳐 paper형태의 GDL을 생산 및 평가하고자 하였다.

• 폴리머
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• 제25권2호
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• pp.293-301
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• 2001

새로운 복합재료 제조 기술인 electron-ion technology (EIT)를 이용하여 전도성 탄소섬유/고밀도 폴리에틸렌 (CF/HDPE) 복합필름을 제조하고 탄소섬유 에폭시 sizing이 제조된 필름의 체적비저항과 인장강도 그리고 계면 특성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 에폭시 sizing은 tunneling 효과를 좋게 해서 복합재료 필름의 전도성을 향상시키는 반면, 극성인 에폭시 sizing은 무극성인 폴리에틸렌과의 친화성이 없어서 탄소섬유와 폴리에틸렌간의 계면결합력을 감소시키므로 에폭시 sized 탄소섬유(CF(S))는 unsized 탄소섬유(CF(U))에 비하여 필름의 체적비저항과 인장강도를 감소시켰다. 에폭시 sizing은 탄소섬유의 nucleating efficiency를 떨어뜨려서 CF(S)/HDPE 필름이 CF(U)/HDPE 필름보다 불규칙적이고 덜 발달된 transcrystalline layer를 형성함을 관찰할 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제11권1호
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• pp.113-120
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• 2007

새로운 재료의 적용 실험을 통하여, 탄소섬유 분말 혼입 모르타르 복합 구조체의 파괴예측 자가진단 적용 특성에 대해 검토하였다. 본 연구에서는 자가진단 성능을 부여하기 위해 코크스와 탄소섬유분말(미분쇄 탄소섬유)이 혼입된 전도성 모르타르의 개발 및 자가진단 재료로서의 사용이 제안되었다. 각 하중재하단계에서의 균열발생 전후의 전기저항값과 AE특성치의 변화특성 시험을 통해, 이들 각 인자의 상호 연관성을 검토하였다. 그 결과, 코크스와 탄소섬유분말(미분쇄 탄소섬유)을 사용하여 새롭게 제안된 복합재료는 모르타르 시험체의 파괴 자가진단에 사용이 가능함을 알 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.53-58
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• 2003

탄소섬유쉬트는 경량, 고강도, 우수한 내식성, 그리고 간편한 시공성 때문에 많은 종류의 철근콘크리트 부재의 보강에 사용되고 있다. 그러나 탄소섬유쉬트에 의해 보강된 철근콘크리트 부재의 파괴거동은 탄소섬유쉬트와 콘크리트 표면의 부착특성에 따라 크게 달라진다. 본 연구에서는 탄소섬유쉬트와 콘크리트 사이의 경계면에 링크요소를 이용함으로써 탄소섬유쉬트와 콘크리트 사이의 부착거동의 변화를 고려한 부착응력-미끄럼 모델을 제안하였다. 또한 이 방법의 유효성을 알아보기 위하여 탄소섬유쉬트로 보강된 철근콘크리트 보의 파괴거동에 대한 해석을 실시하여 실험결과와 비교하였다. 그 결과 본 연구에서 제안된 모델을 이용한 해석결과는 실험결과와 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.137-137
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• 2013

지속 가능한 발전을 위해, 한정된 자원인 석유의 고갈을 막기 위해 석유를 수송에너지로 주로 사용하는 자동차에서 바이오 디젤이나 연료전지, 전기자동차 등 다양한 대안이 제시되고 있다. 그러나 식량 가격 상승, 낮은 안정성, 인프라 확충 등의 문제의 해결이 필요할 뿐만 아니라, 석유의 소비를 감소시키는 대신, 지구에서 소비할 수 있는 다른 형태의 에너지를 소모한다는 측면에서 근본적인 에너지 문제의 해결책의 모색이 필요하다. 19세기 후반, 백열전구의 필라멘트 용도로 사용되기 시작한 탄소 섬유는, 철에 비해 5배 가볍고 강도는 10배가 높으며 내열성이 뛰어난 소재로서, 복합소재의 형태로 제조되어 비행기, 우주선, 풍력 발전 블레이드 등 다양한 산업 분야에서 소재의 장점을 발휘하는 재료로 적용 분야가 확대되고 있다. 특히 비행기 분야에서는 최근 비행기 몸체 구조에 기존 알루미늄 합금을 탄소섬유복합재가 대체하고 있으며, 최근에는 부피 기준 50% 가량까지 탄소섬유 복합재를 사용하여 비행기를 제작하고 있다. 이에 따라 기존에 비해 20% 가량 연료 소모가 감소하여, 비행기 한 대 당 연간 2,700톤의 이산화탄소 배출을 저감하고 있다. 이와 같이 탄소섬유 복합재를 다양한 분야에 적용함으로써, 에너지 문제에 대한 보다 근본적인 접근이 가능하다. 그러나 탄소섬유 복합소재는 금속 등 기존 재료에 비해 높은 가격으로 상용 자동차 등 에너지 소비량이 많은 분야에 널리 적용되는데 한계가 존재한다. 이와 같이 높은 탄소섬유의 가격은, 원가의 50% 가량을 차지하는 PAN 원사 가격과 나머지 반절에 해당하는 안정화/탄화 공정 비용에서 기인하는 것으로, 미국의 ORNL (Oak Ridge National Laboratory), 한국의 KIST 복합소재연구소 등에서는 원사, 안정화 공정, 탄화 공정 등 다양한 측면에서 탄소섬유 복합재의 가격을 절감할 수 있는 방안을 연구 중이다. 미국 ORNL에서는 마이크로웨이브 플라즈마를 이용하여 기존에 열을 이용해 수행하던 탄화 공정 비용을 크게 절감하고 있으며, KIST에서는 대기압 플라즈마를 이용하여 기존에 열을 이용해 2시간 가량이 소요되는 안정화 공정을, 대기압 플라즈마를 이용하여 30분여로 단축된 시간에 수행하는 공정을 개발 중이다. 본 발표에서는 탄소섬유 복합재의 개요와, 탄소섬유 가격 절감 방안으로서의 플라즈마에 대해 논의하며 대기압 플라즈마의 다양한 응용에 대해 소개할 예정이다.

• Composites Research
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• 제29권5호
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• pp.262-268
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• 2016

본 연구에서는 피치계 탄소섬유기반 탄소종이에 바인더 피치와 PAN계 미분쇄 탄소섬유를 첨가하여 저온탄화를 통해 재함침된 탄소종이를 제작하였으며, 미분쇄 탄소섬유의 첨가가 탄소종이의 기계적 및 전기적 특성과 열전도도에 미치는 영향을 알아보았다. 실험 결과, 인장강도는 미분쇄 탄소섬유 함량 10 wt.%부터 20 wt.%까지 첨가하였을 때 크게 증가하였다. 또한, 미분쇄 탄소섬유 함량이 증가함에 따라 계면접촉저항은 감소하였으며, 전기전도도 및 열전도도는 증가하였다. 이러한 결과는 미분쇄된 탄소섬유의 첨가가 탄소종이의 밀도를 증가시킴에 따라 전기적 및 열적 전달 경로가 형성되었기 때문이라고 판단된다.

• 공업화학
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• 제27권2호
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• pp.179-184
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• 2016

본 연구에서는 미분쇄 탄소섬유/카본블랙/천연고무 복합재료의 미분쇄 탄소섬유 방향이 기계적 특성에 미치는 영향을 알아보았다. 복합재료는 6 phr 미분쇄 탄소섬유와 40 phr 카본블랙을 천연고무에 첨가하였고 2축-롤-밀 장비를 이용하여 복합재료 내의 미분쇄 탄소섬유를 수직, 수평으로 정렬방향을 제어하였다. 기계적 특성은 인장특성, 인열강도를 통해 고찰하였다. 실험 결과, 인장강도, 100%~300% 모듈러스, 인열강도는 미분쇄 탄소섬유가 수직으로 배향되었을 때 그렇지 않았을 때보다 증가하였고 미분쇄 탄소섬유를 정렬하지 않은 복합재료의 기계적 물성은 감소하였다. 결과적으로, 복합재료 내에서 미분쇄 탄소섬유가 수직으로 배향되었을 때 인장특성과 인열강도의 증가로 이어진 결과이며, 이러한 결과는 탄성력이 우수한 미분쇄 탄소섬유의 존재가 기인하였기 때문이라고 판단된다.

• 한국세라믹학회지
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• 제38권1호
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• pp.1-8
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• 2001

선택적 가스분리를 위한 분자체탄소(Molecular Sieve Carbon: MSC)로서의 활용을 위해 제조된 활성탄소섬유의 흡착능과 분자체 특성이 다양한 분자크기를 갖는 가스 흡착실험을 통해 조사되었다. 각 활성화 조건별 세공크기분포와 세공발달 전개과정을 유추함으로서, 세공크기분포의 조절이 가능하게 되었으며 활성탄소섬유의 분자체 탄소로서 활용을 용이하게 할 수 있었다. 800, 85$0^{\circ}C$의 온도로 수증기에 의해 활성화한 활성탄소섬유의 경우 burn-off가 각각 50, 40% 정도를 가진 활성탄소섬유가 비교적 작은 분자크기(0.3~0.4nm)의 흡착질에 대한 분자체 특성을 나타냈다. 또한, 다양한 분자크기의 흡착질을 포함하는 혼합가스의 유속과 흡착온도의 조절로서 원하는 흡착질의 선택적 분리를 위해 활성탄소섬유가 갖는 분자체 특성 향상을 보였다.