• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.293-294
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• 2012

탄소섬유 복합재의 기계적 강도를 높이기 위하여 탄소섬유상에 ZnO 나노구조체를 도금하는 연구를 수행하였다. 전기도금을 이용하여 정전위법으로 탄소섬유상에 ZnO 나노구조체를 도금시킨 후 에폭시 YD-128과 경화제 KBH1089를 이용하여 탄소섬유 복합재를 제작하였다. 제작된 탄소섬유 복합재는 실험규격 ASTM D2344를 준수하였으며 ILSS(Interaminar Shear Strength)시험으로 강도를 측정하였다. 본 연구결과 탄소섬유에 인가되는 coulomb양을 조절함으로서 ZnO 나노구조체 형상을 제어할 수 있었으며, 일반탄소섬유 복합재와 ZnO 나노구조체가 도금된 탄소섬유 복합재의 강도를 비교하였을 때 ZnO 나노구조체가 도금 된 탄소섬유 복합재에서 더 높은 강도 값을 얻을 수 있었다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.37 no.9
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• pp.921-926
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• 2000

에틸렌과 프로판가스로부터 Ni 및 Ni-Cu의 합금촉매를 사용하는 화학증착반응에 의해 제조한 나노탄소섬유에 충전재로 하고, 환경 친화적인 폴리비닐알코올을 매트릭스로 이용하여 복합재를 제조하여 전자파 차폐효능을 조사해 보았다. 전자파 차폐용 충전재의 중요한 물성치인 전기전도도는 나노탄소섬유의 반응조건에 따라 매우 민감하게 변했는데, 전체적으로 10000 psi 압력에서 4.2~29 S/cm 사이에 분포하였고 합금촉매보다도 순수한 Ni로 제조된 나노탄소섬유의 전기전도도 값이 높았다. 한편, 나노탄소섬유/폴리비닐알코올 복합재의 전기전도도는 Ni:Cu(7:3) 합금촉매에서 제조된 나노탄소섬유를 충전시켰을 때, 가장 높게 얻어져서 충전재의 전기전도도 외에도 비표면적이 중요한 변수임을 알 수 있었다. PVA 양에 대한 나노탄소섬유의 함량이 증가할수록 나노탄소섬유 복합재의 전기전도도는 기하급수적으로 증가했고, 110$0^{\circ}C$에서 1시간 동안 나노탄소섬유의 열처리를 통하여 복합재의 전기전도도는 5~7배 증가하였으며, 전자파 차폐율은 2~3 dB 정도 향상시킬 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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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.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.21 no.2
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• pp.32-40
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• 2017

In this study, the procedures for quantitative measurement of void contents of carbon fiber/epoxy composites were suggested. Two types of the composites were considered: autoclave cured composite and filament wound composite. Void contents of the composites were evaluated by the density of the composites and their constituents, which was determined from weights in the air and water, and the weight fraction and volume fraction of the constituents obtained from the digestion method and combustion method. The surfaces of filtered carbon fibers were examined by FE-SEM in order to investigate the validity of resin removal from the composites. According to the results, the resin in the composites could be fully removed by the digestion method and combustion method. Therefore, the weight fraction and volume fraction of the constituents, and void content of the composites could be quantitatively obtained by the suggested procedures.

• Polymer(Korea)
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• v.25 no.3
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• pp.367-374
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• 2001

The electromagnetic interference (EMI) shielding effectiveness (SE) of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) composites was investigated using carbon nanofiber fillers prepared by catalytic chemical vapor deposition of various carbon-containing gases over Ni and Ni-Cu catalysts. The electrical conductivity of carbon nanofiber which was regarded as the key property of filler for the application of EMI shielding ranged from 4.2 to 22.4 S/cm at a pressure of 10000 psi. The electrical conductivity of carbon nanofiber/PVDF composites ranged from 0.22 to 2.46 S/cm and the EMI SE of those was in the range of 2∼13 dB. The electrical conductivity of carbon nanofibers increased with the increase in heat treatment temperature and time, while the electrical conductivity of the composites increased rapidly at the initial heat treatment and then approached a certain value with the further increase of heat treatment. The SE of the composites showed a maximum at the medium heat treatment and was proportional to the electrical conductivity of the composites. It was concluded that the specific surface area of carbon nanofibers decreased with the continual heat treatment and the specific surface area of filler was an important factor for the SE of the composites.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.57.1-57.1
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• 2011

본 논문에서는 소음을 저감하고 구조적 안전도를 향상시키기 위하여 10kW급 소형 복합재 풍력터빈 블레이드를 해석, 설계하였다. 풍력터빈 블레이드 설계의 기본 사항에 맞추어 블레이드의 스팬 길이는 약 4m, 중량은 30kg 내외가 되도록 설정하였다. 풍력발전기용 블레이드는 경량화가 중요하므로 유리섬유복합재 (glass fiber reinforce pastics), 탄소섬유복합재 (carbon fiber reinforced plastics)가 사용되었다. 본 설계에서는 Carbon prepreg (WSN3KY), Carbon UD(UIN150c), E-glass 등을 사용하였다. 상용 유한요소 프로그램인 NASTRAN을 이용해 Carbon prepreg (WSN3KY), Carbon UD (UIN150c)의 탄소섬유복합재만으로 구성된 블레이드 구조해석을 수행한 결과 중량 조건 및 강도의 안전도는 충족되었으나, 높은 가격을 감안하여 E-glass와 조합하여 블레이드를 재설계할 예정이다. 이번 설계는 소형 풍력발전용 블레이드 설계이므로 좌굴은 고려하지 않았으며, 향후 필요에 따라서 좌굴 및 피로해석도 수행하여 검증할 예정이다. 그리고 블레이드가 복합재로 구성되면 감쇠력이 감소할 가능성이 있다. 탄소섬유복합재로만 구성된 블레이드 구조해석에서도 최대 40cm의 변형이 예측되었으며, 감쇠값 저하 문제도 고려하여야 될 것 같아 BEMT (Blade Element Momentum Theory) 공력모델을 이용해 구조-유체 연성 결합 해석을 수행할 계획이다.

• Composites Research
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• v.33 no.6
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• pp.415-420
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• 2020

The interfacial properties in carbon fiber composites, which control the overall mechanical properties of the composites, are very important. Effective interface enhancement work is conducted on the modification of the carbon fiber surface with carbon nanotubes (CNTs). Nonetheless, most surface modifications methods do have their own drawbacks such as high temperatures with a range of 600~1000℃, which should be implemented for CNT growth on carbon fibers that can cause carbon fiber damages affecting deterioration of composites properties. This study includes the use of in-situ interfacial polymerization of polyamide 610/CNT to fabricate the carbon fiber composites. The process is very fast and continuous and can disperse CNTs with random orientation in the interface resulting in enhanced interfacial properties. Scanning electron microscopy was conducted to investigate the CNT dispersion and composites morphology, and the thermal stability of the composites was analyzed via thermogravimetric analysis. In addition, fiber pull-out tests were used to assess interfacial strength between fiber and matrix.

• Composites Research
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• v.12 no.3
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• pp.8-16
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• 1999

Carbon woven fabric/C/SiC composites were fabricated by multiple impregnations of carbon woven fabric/carbon preform with the polymer precursor of SiC, i.e., polycarbosilane. In addition, two kinds of low density carbon/carbon preforms which had different fiber volume fraction and fiber orientation, i.e., a carbon woven fabric(${\thickapprox}$55 vol%)/carbon and a chopped carbon fiber${\thickapprox}$40 vol%)/carbon composites, were reaction-bonded with a silicon melt at 1$700^{\circ}C$ in a vacuum to fabricate dense carbon fiber/Si/SiC composites. The reaction-bonding process increased the density to ~2.1 g/$cm^3$ from 1.6 g/$cm^3$ and 1.15 g/$cm^3$ of a carbon woven and a chopped carbon preforms, respectively. All of the composites fractured with extensive fiber pull-out. The higher the density the higher the stiffness and proportional limit stress. The mechanical properties obtained from a three-point bend and tension tests were compared. The ratios of the peak tensile stresses to the bending strengths of a carbon woven and a chopped carbon composites were about one-third, respectively. The carbon woven fabric/Si/SiC composites with density of 2.06 g/$cm^3$ showed ~120 MPa of ultimate strength and ~80 MPa of proportional limit in bend testing.

• Composites Research
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• v.24 no.5
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• pp.39-43
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• 2011

For the last twenty years, nanocomposites composed of polymer matrices reinforced with carbon nanotubes (CNTs) have been an active research area. Also, the polymeric nanocomposites reinforced with CNTs are being investigated to be used matrices of carbon fiber composites. Carbon tiber composites have achieved advanced properties in the direction of carbon fibers due to enhanced carbon fiber properties. However, the matrix dominated properties need to be improved further to fully utilize the advanced carbon fiber properties. In particular, delamination is a typical and critical reason for fracture of carbon fiber composites. Mode I fracture toughness test which is also often called double cantilever beam (DCB) test shows the resistance to delamination of carbon fiber composites and this test is performed on carbon fiber composite samples incorporated with carbon nanotubes functionalized with various functional groups. The specimens with mat-like CNT layers showed the increased fracture toughness by 10.6%.