• Composites Research
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• 제30권6호
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• pp.365-370
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• 2017

탄소섬유 강화 열가소성 수지 복합재료(Carbon fiber reinforced thermoplastic composites; CFRTPs)의 물성은 다양한 요인들에 영향을 받는다. 그 중에서도 탄소섬유 표면에 Sizing되어 있는 에폭시(Epoxy) 층은 열가소성 수지와 상호 작용(Interaction)이 없어 매우 취약한 계면을 형성하며, 열가소성 수지의 높은 용융 점도(Melting viscosity)는 탄소섬유 다발(Bundle) 사이로 함침(Impregnation)이 어려워 탄소섬유 강화 복합재료 내부에 기공(Void)를 형성한다. 이와 같이 탄소섬유와 열가소성 수지 간의 낮은 계면전단강도(Interfacial shear strength)은 탄소섬유강화 열가소성 복합재료(Carbon fiber reinforced thermoplastic composites; CFRTPs)의 기계적 물성을 저하시키는 가장 중요한 요인 중 하나이다. 따라서, 본 연구에서는 열가소성 수지와의 상호작용이 없는 탄소섬유 표면의 에폭시 층을 열풍을 통해 제거하고, 열가소성 수지의 점도를 낮춰 함침도를 향상시키기 위해서 용액형 열가소성 수지를 제조하여 탄소섬유 표면에 Sizing 처리 함으로써 CFRTPs의 물성을 향상시켰다. CFRTPs의 층간전단강도(Interlaminar shear strength; ILSS) 및 굽힘 강도(Flexural strength)를 통해 이를 검증하였으며, 수지의 함침도는 기공률(Void content)의 계산을 통해 분석하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제10권4호
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• pp.183-193
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• 2006

본 연구는 탄소섬유시트로 보강된 철근콘크리트 보에 정적하중과 반복하중이 작용할 때의 거동을 다루고 있다. 탄소섬유시트로 보강된 RC보의 정적실험 결과를 기준으로 반복하중 실험을 수행하였다. 반복하중 실험의 변수는 탄소섬유시트 겹수, 단부 U밴드 유무, 반복하중 재하속도 등이 있다. 실험결과를 통해 단조증가하중과 반복하중 하에서의 에너지 소산량과 휨 강성의 변화, 연성특성, 강도특성, 휨 거동 등을 고찰하며, 또한 탄소섬유시트의 파단변형률을 평가하였다. 본 연구에서는 반복하중 실험 결과를 바탕으로 탄소섬유시트로 보강된 RC보의 정적 및 동적 휨 보강 해석 및 설계에 필요한 기초자료를 제시하고자 한다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제28권5호
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• pp.527-534
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• 2016

CFRP의 전단강도 기여분을 평가하고, 모어서클을 이용하여 전단거동 특성을 분석하기 위해 전단철근비가 서로 다른 보에 동일한 탄소섬유 전단보강 설계한 보 실험을 수행하였다. 취성특성을 가지는 CFRP의 전단기여분을 평가하기 위해서는 CFRP의 변형률을 평가해야 한다. 각 실험결과는 모어써클(Mohr's Circle)을 활용하여 전단변형률을 주인장변형률 및 균열각도의 변화와 연계하여 비교하였다. 전단철근비가 작은 경우 탄소섬유 자체의 전단강도 기여분 뿐만 아니라 탄소섬유에 의해 콘크리트 균열의 진전을 제어하여 균열에 의한 콘크리트의 성능저하를 최소화한다. 전단철근비가 큰 경우는 전단철근비가 작을 때 보다 탄소섬유 보강효과가 크지 않았다. 따라서 보강부재의 전단성능을 결정할 때 탄소섬유의 전단강도 기여분은 전단철근과의 상호작용을 고려할 수 있는 변형적합조건에 근거하여 평가되어야 한다.

• Composites Research
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• 제24권5호
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• pp.39-43
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• 2011

탄소나노튜브로 보강된 고분자 수지에 대한 연구는 지난 20년간 활발히 수행되어 왔다. 또한 이를 이용하여 탄소섬유복합재의 물성을 증대시키기 위한 연구도 최근 그 영역을 넓혀가고 있다. 탄소섬유복합재는 탄소섬유의 비약적인 발전으로 섬유 방향의 기계적 물성은 상당히 만족할 만한 수준에 도달했으나, 수지에 의해 좌우되는 기계적 물성은 아직 기대에 못미치고 있다. 특히, 층간의 분리 (delamination)는 탄소섬유복합재의 가장 전형적이며 치명적인 파손의 원인중 하나이다. 이 층간분리에 대한 저항성을 알아보는 모드 1 파괴인성 실험 (혹은 double cantilever beam, DCB test)을 다양한 작용기로 기능화된 SWNT가 첨가된 탄소섬유복합재 시편에 대하여 수행하였다. 부직포 형태의 탄소나노튜브층을 이용한 시편의 경우 10.6%의 파괴인성 증대를 보였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.102-112
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• 2012

최근 탄소섬유판 매립공법의 콘크리트 구조물의 보강에 적용되고 있다. 그러나 탄소섬유판 표면매립공법은 피복부 콘크리트의 강도 부족과 높이 부족 등으로 인하여 그 적용의 제한이 발생하기도 한다. 본 연구에서는 이와 같은 이유로 인하여 전단 스터럽을 절단하고 탄소섬유판을 주철근의 위치에 표면매립 보강하는 공법에 대하여 고찰하였다. 일반적인 표면매립공법과 스터럽을 절단하고 표면매립공법을 적용한 보에 대한 휨 실험을 수행하였으며, 결과를 서로 비교하였다. 탄소섬유판의 길이를 실험변수로 하였다. 실험결과에 따르면, 전단 스터럽을 절단한 보강 보의 휨거동은 일반적인 표면매립공법이 적용된 실험체의 거동과 유사한 전형적인 휨 거동을 나타내었으며, 스터럽의 절단으로 인한 구조거동상의 문제는 발생하지 않았다. 따라서, 일반적인 현장 여건에 의하여 탄소섬유판의 적용이 곤란한 경우에는 스터럽을 절단하는 본 공법의 적용이 가능한 것으로 판단된다.

• 폴리머
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• 제25권2호
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• pp.218-225
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• 2001

복합재료의 기계적 계면 특성을 향상시키기 위하여 탄소섬유에 무전해 니켈도금 표면처리를 하였으며, 표면처리된 PAN계 탄소섬유를 에폭시수지에 함침시켜 프리프레그법으로 일방향 탄소섬유/에폭시수지 복합재료를 제조하였다. 본 연구에서는 무전해 니켈도금으로 유기된 취성-연성 전이 특성을 가지는 Ni-P 합금의 양에 따른 복합재료의 층간전단강도(ILSS)와 충격강도의 차이를 조사하였다. 또한, 탄소섬유 표면 특성의 변화를 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)로 측정하였다. 그 결과, 무전해 니켈도금된 탄소섬유 표면의 $O_{ls}$ /$C_{ls}$ 비 또는 니켈 (Ni)과 인 (P)이 증가되었으나 ILSS의 향상에는 큰 영향을 미치지 못하는 것을 알 수 있었다. 그러나, 무전해 니켈도금으로 탄소섬유 표면에 도입된 Ni-P 합금은 복합재료의 연성에 따른 충격강도를 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.168-174
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• 2001

탄소섬유쉬트는 고강도, 경량 및 고 내구성 등의 우수한 재료적 성질을 가지고 있어 철근콘크리트 건축물의 보수 .보강재료 장범위하게 사용되어져 왔다. 탄소섬유쉬트와 콘크리트 사이의 부착강도 즉, 부착거동은 탄소섬유쉬트에 의해 보수.보강되는 철근콘크리트 부재의 보강성능을 좌우하는 매우 중요한 요소이다. 따라서, 탄소섬유쉬트와 콘크리트의 접합면에서 발생되는 부착파괴의 메카니즘은 명확히 구명될 필요가 있다. 본 연구에서는 양생온도, 콘크리트의 표면상태 및 함수율 등의 환경요소변화에 따른 탄소섬유쉬트와 콘크리트의 인발접착강도을 파악함으로써 환경요소의 영향을 평가하였으며 아울러, 탄소섬유쉬트와 콘크리트와의 부착성능을 결정하는 유효부착길이 및 평균부착응력도를 평가하였다. 연구결과, 인발접착강도에 미치는 환경요소에서 양생온도가 가장 중요한 영향인자로 나타났으며, 인장전단부착 실험으로부터 얻어진 유효부착길이 및 평균부착응력도는 각각 15 cm 및 9.78~11.88kgf/$\textrm{cm}^2$ 내외라고 사료된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권6호
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• pp.30-36
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• 2018

기존 콘크리트 구조물의 노후화 또는 지진과 같은 외부 하중에 의하여 구조물의 구조 성능이 저하되기 때문에, 기존 건물의 보수 및 보강 연구는 중요하다. 외부부착 탄소섬유 보강 공법과 같은 효율적인 보수 공법을 사용하면 경제적으로 콘크리트 구조물의 구조 성능을 높일 수 있다. 따라서 외부부착 탄소섬유를 사용한 콘크리트 부재의 실험 연구는 많이 진행되었다. 특히, 콘크리트 보를 사용한 전단 보강에 관한 연구는 탄소섬유의 양, 부착 각도, 스트립의 폭, 그리고 재료간의 상호작용에 관한 것이었다. 하지만 선행된 연구에 비하여 탄소섬유의 이 방향 레이아웃에 관한 다양한 변수 연구는 부족한 상황이다. 따라서 이 연구에서는 이 방향 레이아웃 외부부착 탄소섬유 공법을 사용하여 콘크리트 보의 전단보강 효과를 검증하였다. 이 방향 레이아웃의 보강 효과는 스터럽과의 전단 기여도, 실험체의 전단 거동과 보강 시점에 따른 최대 내력의 비교를 통하여 이루어졌다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제1권1호
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• pp.43-48
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• 2000

화학적 활성법과 수증기 활성법을 이용하여 활성탄소섬유를 제조한 결과 수증기 활성법 보다 우수한 표면 특성을 얻을 수 있었으며, 이 결과를 이용하여 탄소재료의 새로운 응용분야 개척 차원에서 항균성 활성 탄소섬유를 제조하였다. 기능성이 부가된 활성 탄소섬유의 비표면적이 544.27-1575.6 ㎠/g. 평균동공 반경이 10.6-12.9 (equation omitted)의 범위에 존재하였다. 항균성 활성 탄소섬유의 흡착등 온곡선의 유형이 전형적인 Tyre I을 나타냄을 알 수 있었으며 SEM을 이용하여 관찰한 모폴로지를 통하여 이들의 표면에 항균물질이 덮혀있는 상태를 관찰하였다. 마지막으로 항균 활성 탄소섬유에 대장균의 일종인 E. Coli를 처리하여 얻은 항균 활성의 결과를 보였다. 결론적으로, 활성 탄소섬유의 응용 분야 확대를 위하여 살균·탈취·방충 등의 기능성 부여가 가능함을 보여주었다.

• Composites Research
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• 제31권6호
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• pp.379-384
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• 2018

본 연구에서는 동일한 표면 형태를 가지는 탄소섬유에 다양한 사이징제를 처리함에 따라 발생하는 에폭 시 수지의 유동 특성 변화를 분석하였다. 동적 접촉각(DCA) 측정을 통해 단일 탄소섬유의 젖음성(Wettability)을 측정하였다. DCA 측정 결과와 함침 특성 간의 연관성을 살피기 위해 Wicking test와 VARTM test를 수행하였다. 추가적으로, 탄소섬유의 표면 에너지 등 다양한 표면 특성을 분석하였으며 Micro-droplet test를 통해 수지와 탄소섬유계면의 계면전단강도를 측정하였다. 이러한 실험 결과를 기반으로, 함침 속도의 증대를 위해서는 탄소섬유의 사이징제가 적정 수준의 표면 에너지를 가져야 하며, 사이징제의 화학적 조성을 조정하여 에폭시 수지의 유동 특성과 계면전단강도가 모두 개선 가능함을 확인하였다.