• 공업화학
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• 제27권3호
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• pp.319-324
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• 2016

본 연구에서는 피치계 탄소섬유의 표면처리를 위하여 탄소섬유를 산에 담지하여 전자선을 조사하고 각 처리 조건에 따른 탄소섬유의 표면 변화를 평가하였다. 산 담지용액은 질산과 과산화수소를 사용하였으며 전자선 조사량은 200, 400 kGy로 하였다. 과산화수소 담지보다 질산 담지가 탄소섬유 표면에 더 많은 산소관능기를 도입시켰으며, 질소관능기도 탄소섬유 표면에 도입되었다. 또한 전자선 조사량이 증가하면 탄소섬유에 도입되는 산소관능기가 증가하는 것을 알 수 있었다. 이는 과산화수소보다 질산이 전자선 조사에 의한 산화성 물질의 형성이 용이하고, 전자선 조사 에너지가 클수록 산화성 물질이 더 많이 형성되기 때문이다. 또한 질산 용액에서 전자선 조사에 의하여 생성되는 $NO_2$ 라디칼이 C-OH 관능기를 C=O 관능기로 산화시키는 반응이 주로 일어나므로 질산 담지 시 C=O 관능기의 생성이 유리한 것으로 나타났다.

• 공업화학
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• 제23권3호
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• pp.313-319
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• 2012

본 연구에서는 Polyacrylonitrile (PAN)계 탄소섬유 표면에 구리도금 표면처리가 탄소섬유 강화 복합재료의 기계적 계면 특성에 미치는 영향에 관하여 관찰하였다. 탄소섬유 표면특성은 주사전자현미경, X-선 광전자 분광법, X-선 회절분석기, 접촉각 측정기로 측정하였고, 탄소섬유 강화 복합재료의 기계적 계면 물성은 층간전단강도(interlaminar shear strength, ILSS)와 파괴인성(critical stress intensity factor, $K_{IC}$)측정을 통하여 알아보았다. 실험결과로부터, 기계적 계면물성은 탄소섬유 표면에 COOH group과 도금된 구리함량이 증가됨에 따라 순차적으로 증가되는 것이 확인되었으나, 도금시간을 길게 하여 과량의 구리가 도입되었을 경우 기계적 계면 물성을 도리어 감소시키는 것으로 확인되었다. 결론적으로 구리함량이 탄소섬유 복합재료의 기계적 계면물성을 결정하는 중요 요소라 판단되나, 최적의 함량이상에서는 계면분리에 의한 물성저하의 원인이 될 수 있다.

• 한국건축시공학회지
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• 제11권4호
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• pp.326-332
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• 2011

구조물의 내력증진 방법으로 적용되는 섬유재료에는 탄소섬유와 아라미드섬유 브론섬유 및 유리섬유 등이 있다. 이 중에서도 탄소섬유는 가장 많이 쓰이는 재료로서 다른 종류의 섬유올이 2방향성인 반면 탄소섬유 올은 1방향성으로서 부착되는 섬유올 방향으로만 인장내력에 의해 보강되므로 현장적용 시 섬유올의 부착방향이 매우 중요한 요소이나 보강설계 시 이에 대한 뚜렷한 도시가 되지 않아 구조적 지식이 없는 현장기술자 또는 인부들의 무개념적인 시공으로 보강성능을 전연 확보하지 못하는 사례가 종종 발생되곤 한다. 본 연구는 콘크리트 기둥에 대한 탄소섬유쉬트 방향에 따른 보강성능을 파악코자 각 실험체별로 섬유 올의 경사, 수평 및 수직방향으로 보강한 후 가력을 통한 보강성능을 비교 분석하여 섬유올 방향이 보강성능에 미치는 영향을 대비분석함으로서 섬유방향에 대한 최적의 보강설계 방안을 제시하고자 하였으며, 실험결과 수평방향의 보강성능은 153.43%인 반면 수직보강은 겨우 104.61%로서 거의 보강효과가 없는 것으로 나타났다. 이는 섬유올 방향의 인장내력 증진에 따른 구속효과에 의한 보강효과로서 보강설계와 현장관리에 철저한 관리가 절대적이다.

• 폴리머
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• 제37권1호
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• pp.61-65
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• 2013

본 실험에서는, 양극산화 처리된 탄소섬유의 표면변화가 탄소섬유강화 복합재료의 기계적 계면특성을 통하여 살펴보았다. 양극산화 처리된 탄소섬유의 표면특성은 FTIR, XPS, 그리고 SEM을 통하여 알아보았다. 복합재료의 기계적 계면특성은 층간전단강도(interlarminar shear strength; ILSS)와 임계세기인자(critical stress intensity factor; $K_{IC}$) 그리고 임계변형속도에너지(critical strain energy release rate; $G_{IC}$)를 통하여 고찰하였다. 실험결과 양극산화에 의한 각각의 표면 처리된 탄소섬유는 표면특성의 변화를 가져오며, 복합재료의 ILSS, $K_{IC}$, 그리고 $G_{IC}$같은 기계적 계면특성은 탄소섬유의 양극산화를 통하여 향상되어진다. 전해질이 20% 황산/질산(3/1)일 때 다른 전해질보다 기계적 물성의 가장 큰 향상을 보였다. 이는 양극산화로 탄소섬유와 매트릭스 사이의 계면결합력의 향상때문이라 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.239-247
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• 2008

철근콘크리트 휨 부재 보강에 자주 사용하는 탄소섬유 대신 탄소섬유 및 유리섬유 두 가지를 동시에 사용, 보강된 콘크리트 휨 부재의 강도 및 연성을 증진시키는 방안을 연구하였다. 두 가지 섬유의 혼합비가 적절한 경우, 탄소섬유가 선파단하고 보다 큰 변형 및 응력에서 유리섬유가 순차적으로 파단하는 소위 유사연성거동을 보일 수 있다. 본 연구에 사용된 두 가지 섬유가 유사연성거동을 보일 수 있는 이론적인 혼합비는 4.62 : 1 (체적비)로 나타났다. 두 가지 섬유로 보강한 무근콘크리트보의 휨 실험에서 탄소섬유 :유리섬유 = 6.8 : 1 이상인 경우 유사연성거동이 나타남을 확인하였다. 체적비 8.8 : 1의 유리섬유-탄소섬유 하이브리드 시트를 제작하고, 철근콘크리트보를 보강한 후 휨 실험을 수행하였다. 하이브리드 시트 1겹 및 2겹으로 보강한 보에서 모두 무보강 보에 비하여 강도가 증진하는 반면에, 연성이 유지되는 결과를 확인하였다. 하이브리드 시트를 사용하면 탄소섬유를 사용한 보강에 비하여 보다 경제적이면서 탄소섬유와 동등 이상의 강도 및 보다 우수한 연성을 나타내었다. 하이브리드 시트를 사용한 휨 부재 보강에서 한 가지 섬유만을 사용하는 기존의 설계 방법을 적용하여도 보수적인 설계가 가능하였다.

• 접착 및 계면
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• 제12권3호
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• pp.88-93
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• 2011

페놀수지에 함침된 탄소나노튜브 (CNT)의 최적 분산제조공정은 전기저항 측정으로 구해졌으며, 플라즈마 처리된 탄소섬유와 CNT-페놀수지 나노복합재료간의 계면특성이 전기-미세역학시험법에 의해 연구되었다. 탄소섬유의 젖음성은 플라즈마 처리 후에 현격하게 증가되었다. 탄소섬유와 CNT-페놀수지 나노복합재료의 표면에너지는 Wilhelmy 플레이트 시험법으로 측정되었다. 탄소섬유 표면의 활성화로 인하여 플라즈마 처리 후 전진 접촉각은 $65^{\circ}$에서 $28^{\circ}$로 감소되었다. 이는 정적 접촉각과 상호 일치함을 보여 주었다. 플라즈마 처리된 탄소섬유와 CNT-페놀수지 나노복합재료간의 접착일은 플라즈마 처리전보다 증가하였다. 또한, 계면전단강도와 겉보기 강성도 탄소섬유에 대한 플라즈마 처리로 증가하였다.

• Composites Research
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• 제34권5호
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• pp.290-295
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• 2021

지구 온난화 억제를 위한 전 세계적인 연비규제에 발맞춘 해결책으로 자동차에 경량구조복합재료를 적용하는 것이 메가트렌드로 인식되고 있다. 본 연구에서는 수리, 폐기 및 재활용 측면에서 유리한 열가소성 탄소섬유강화플라스틱의 적용을 극대화하기 위해 전도특성이 요구되는 부품 대체 이슈에 대응할 수 있는 기술적 접근을 제공하는 것을 목표로 수행되었다. 저점도 중합 가능한 기지재의 특성을 활용하여 전도성 필러를 파우더 믹싱 방법으로 균일하게 혼입하면서도 우수한 함침 특성을 나타내는 열가소성 탄소섬유강화플라스틱 제조방법에 기초하여 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀 나노플레이틀렛, 흑연, 피치계 탄소섬유 등 다양한 탄소기반 전도성 필러를 최대 함량까지 혼입하여 전기저항 및 열전도도를 비교하여 고찰하였다. 전도성 탄소 필러의 종류나 형태보다는 최대 혼입량이 시편의 전도 특성을 제어하기 위해 가장 중요한 인자임을 확인하였고, 전기전도 특성을 향상시키기 위해서는 1차원 형태의 전도성 탄소필러를 적용하는 것이 유리할 수 있는 반면 열전도 특성을 향상시키기 위해서는 2차원 형태의 전도성 탄소필러를 적용하는 것이 유리 할 수 있다는 실험 결과를 확인하였다. 본 연구의 결과들은 열가소성 탄소섬유강화플라스틱의 전도 특성을 제어하기 위한 최적 구조 설계에 잠재적인 통찰력을 제공할 수 있다.

• 공업화학
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• 제30권2호
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• pp.160-166
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• 2019

본 연구에서는 새집증후군 유발 가스인 초산 가스에 대한 활성탄소섬유의 흡착 성능을 향상시키기 위하여, 산소플라즈마 처리를 통해 활성탄소섬유에 산소작용기를 도입하였다. 산소플라즈마 처리 시 주입되는 산소 가스의 유량이 증가할수록 산소플라즈마 활성종이 더 많이 생성되었다. 이로 인해 물리적 및 화학적인 식각이 더 많이 발생하여 활성탄소섬유의 비표면적이 감소하였다. 특히, 60 sccm의 산소 가스 유량이 주입된 시료(A-O60)의 비표면적의 경우 미처리 시료와 비교하여 약 6.95% 감소된 $1.198m^2/g$까지 감소하였다. 반면, 산소플라즈마 처리 시 주입되는 산소 가스의 유량이 증가할수록 활성탄소섬유 표면에 도입되는 산소 함량이 증가하였으며, 최대 35.87%까지 도입되었음을 확인하였다. 또한, 산소플라즈마 처리된 활성탄소섬유의 초산 가스 흡착 성능은 미처리 활성탄소섬유 대비 최대 43% 향상되었다. 이것은 산소플라즈마 처리에 의해 도입되는 O=C-O와 같은 산소작용기와 초산 분자 사이의 쌍극자 모멘트에 의한 수소결합 형성에 기인한다.

• 공업화학
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• 제22권2호
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• pp.138-143
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• 2011

열처리 온도에 따른 탄소섬유의 전자파 차폐특성을 알아보고자 전기방사법을 이용하여 나노섬유를 제조하고 1073, 1323, 1873, 2573 K의 온도 조건에서 열처리 공정을 실시하여 서로 다른 탄소 결정화도를 갖는 PAN계 탄소섬유를 제조하였다. 장방출 주사전자현미경을 통하여 제조된 섬유의 표면 형상을 조사하였고 열처리 온도에 따른 탄소섬유의 결정화도를 Raman 분석을 통하여 확인하였다. 또한 결정화도에 따른 전기전도성을 알아보고자 4-탐침법을 이용하여 표면저항을 측정하고 전기전도성을 계산하였으며, 회로망 분석기를 이용하여 800~4500 MHz의 주파수 영역에서 S-parameter를 측정하고 유전율 및 투자율, 그리고 전자파 차폐 특성을 조사하였다. 2573 K에서 제조된 탄소섬유의 경우 Raman 분석을 통하여 Ig/Id 값이 2.66으로 1323 K에서 제조된 탄소섬유의 1.08에 비해 2.4배 증가하여 결정화도가 향상됨을 확인하였고 전기전도성 또한 54.7 S/cm로 약 6배의 향상을 확인하였다. 유전율 실수부에서는 평균 20의 수치를 보여 1323 K에서 제조된 탄소섬유와 비교하여 약 4배의 향상을 보였다. 결과적으로 열처리 온도에 따른 탄소의 결정화도 향상에 의해 전자파 차폐 성능이 평균 41.7 dB로 약 10 dB이 향상되었음을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제36권4호
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• pp.281-287
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• 2023

대량의 폐기물에 의한 환경오염, 세계 평균기온 상승에 의한 기후위기가 인류의 생존을 위협하는 수준에 이르고 있다. 이를 해결하기 위하여 다양한 분야에서 관련 연구가 이루어지고 있으며 재료분야에서도 친환경적이며 탄소중립적인 소재를 개발하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 탄소섬유에 천연섬유를 조합함으로써 천연섬유의 장점인 친환경성과 탄소배출 저감을 달성하고자 하였다. 일반적으로 고강도와 저강도 소재를 조합할 경우 그 중간의 물성을 가지는 것으로 알려져 있지만, 본 연구에서는 일부 물성이 탄소섬유 복합재료의 물성을 초과하는 결과를 얻을 수 있었다. 이를 검증하기 위하여 탄소섬유복합재료와 탄소섬유/천연섬유 하이브리드 복합재료를 제조하고 다양한 기계적시험을 통하여 기계적 물성을 비교하고 우수한 물성을 보이는 시험에 대하여 강도향상 기구를 분석하였다. 시험결과 하이브리드 복합재료의 굽힘강도와 파괴인성치가 탄소섬유 복합재료에 비하여 우수하게 나타났으며 강도향상 기구를 규명하였다. 하이브리드 복합재료를 활용할 경우 더욱 우수한 강도의 구조물을 제작할 수 있을 뿐만아니라 환경오염 및 기후위기에도 도움이 될 것으로 예상된다.