• Composites Research
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• 제30권5호
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• pp.316-322
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• 2017

탄소섬유는 매우 우수한 기계적, 전기적, 열적 특성을 가진 소재로써, 고분자를 매트릭스로 하는 복합재료로써 산업적으로 널리 쓰이고 있다. 하지만 이 복합재료는 높은 강도 및 탄성을 가진 탄소섬유에 비해, 약한 고분자 매트릭스로 인한 분리 형상이 약점으로 지적되고 있다. 이를 해결하기 위해 강화재의 첨가가 필수적이다. 그래핀은 매우 우수한 기계적 물성을 지닌 강화재로써, 첨가 시에 높은 물성 향상을 기대할 수 있다. 하지만 그래핀 자체의 응집현상과 고분자 기지와의 약한 결합이 강화효과를 제대로 구현해내지 못하는 결과를 초래하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 핵심 기술로 제시된 것이 기능기화 방법이며, 이를 통해 분산성을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 멜라민을 이용하여 그래핀 나노플레이틀릿의 기능기화를 진행하고, 이를 에폭시 고분자 기지와 혼합하였다. 제조된 그래핀 나노플레이틀릿/에폭시을 이용하여 탄소섬유 강화 고분자 복합재료를 제조하고 굽힘 특성과 층간전단강도를 측정하였다. 그 결과 복합재료의 기계적 물성이 증가되었으며, 그래핀 나노플레이틀릿의 분산성이 향상됨을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제18권8호
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• pp.2123-2138
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• 1994

A study on the dynamic mechanical properties of the high strength carbon fiber epoxy composite beam was carried out. The macromechanical model was used for the theoretical analysis of the symmetric laminated composite beam. The anisotropic plate theory and Bernoulli-Euler beam theory were used to predict the effective flexural elastic modulus and the specific damping capacity of laminated composite beam. The free flexural vibration and torsional vibration tests were carried out to determine the specific damping capacities of the unidirectional laminated composite beam. The vibration tests were performed in a vacuum chamber with laser vibrometer system and electromagnetic hammer to obtain accurate experimental data. From the computational and experimental results, it was found that the theoretical values with the macromechanical analysis and the experimental data of symmetric laminated composite beam were in good agreement.

• Composites Research
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• 제26권1호
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• pp.72-78
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• 2013

불연속 탄소섬유-에폭시 복합재의 저항발열 특성에 관한 연구를 수행하였다. 1, 3, 5 wt.% 불연속 탄소섬유가 함유된 복합재 시험편을 초음파 처리와 캐스트 몰딩(cast molding)을 이용하여 제조하였다. 시편에 DC 전류 인가시 발생되는 저항열에 의한 시편의 표면온도 변화를 적외선 카메라를 이용하여 측정하였다. 발열온도를 예측하기 위해서 유한요소해석을 수행하였는데, 실측된 온도와 부합함을 확인하였다. 탄소섬유의 함량과 인가전압이 증가할수록 발열저항에 의해서 발생된 열은 증가함을 확인하였다. 복합재 내에서 균일한 온도분포를 얻기 위해서는 탄소섬유의 분산상태가 중요하며, 대기온과 습도 등 실험환경이 발열온도에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제35권4호
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• pp.242-247
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• 2022

본 연구는 기존의 폐CFRP를 재활용하여 얻은 재생 탄소섬유를 다시 CFRP 제조에 활용하는 대신 탄소를 모재로 구성하는 탄소/탄소 (Carbon/Carbon, C/C) 복합소재를 제조하는 원료로 활용하기 위한 것이다. 먼저 일반적으로 많이 활용되는 에폭시수지 복합재료의 열분해 공정에 산화-불활성 분위기 변환 기술을 적용하여 1~2% 수준의 잔탄률을 19%까지 향상시켰으며, 이를 통해 에폭시수지 활용 C/C 복합재료 제조 가능성을 확인하였다. 다만, 산화-불활성 분위기 제어를 통한 열분해 공정으로 얻은 탄소의 경우 산소결합도가 높아 추후 개선 연구가 필요한 것으로 나타났다. 또한, 폐CFRP를 열분해 열처리 후 파쇄 및 해쇄 공정을 통해 단섬유 C/C 복합재료 시험편을 제조하였으며 이에 대한 기계적 물성 평가를 통해 최적 공정 조건을 도출하였다.

• 공업화학
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• 제22권6호
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• pp.672-678
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• 2011

연구에서는 니켈 함량에 탄소섬유강화 에폭시 기지 복합재료의 전자파 차폐효과에 대해 고찰을 위해 탄소섬유표면에 시간의 변수에 따른 무전해 도금을 실시하였다. 탄소섬유 표면의 특성은 주사전자현미경과 X-선광전자분광법으로 측정하였고 전기적 특성은 4단자법으로 분석을 진행하였다. 복합재료의 전자파 차폐효과는 흡수와 반사 두 가지 방법으로 분석을 진행하였다. 실험 결과로부터 전자파 차폐효과는 탄소섬유 표면에 코팅된 니켈 함량이 증가됨에 따라 순차적으로 증가되는 것이 확인되었으나, 고주파 영역에서는 과량의 니켈 도금이 더 이상의 전자파 차폐효율을 증가시키지 않는 것이 확인되었다. 결론적으로 니켈 함량이 탄소섬유 복합재료의 전자파 차폐효과를 결정하는 요소가 될 수 있다고 판단되나, 특정 주파수마다 최적화된 금속도입 함량에 대한 변수가 있을 수 있다고 판단된다.

• 공업화학
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• 제27권5호
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• pp.472-477
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• 2016

본 연구에서는 전류밀도 변화에 따른 탄소섬유의 양극산화 처리가 탄소섬유 표면과 탄소섬유 강화 복합재료의 기계적 계면결합력에 미치는 영향을 고찰하였다. 양극산화 처리된 탄소섬유 표면 특성은 원자간력 현미경(Atomic force microscope, AFM)과 전계방사형 주사전자현미경(Field emission-scanning electron microscope, FE-SEM), 적외선 분광법(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR) 및 X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)으로 분석하였으며, Short beam 전단시험을 통해 표면처리에 따른 탄소섬유 강화 복합재료의 계면 전단강도를 측정하였다. 실험 결과 전류밀도가 증가함에 따라 탄소섬유 표면의 거칠기와 산소관능기의 함량의 증가와, 탄소섬유 강화 복합재료의 층간전단강도(Interlaminar shear strength, ILSS)의 향상 및 페놀릭 하이드록실 그룹과의 비례관계를 확인하였다. CF-2.0 시편의 층간전단강도는 87.9 MPa로 CF-AS 시편에 비해 약 4% 증가하였는데, 이러한 결과는 양극산화 처리가 산소관능기와 탄소섬유 표면 거칠기의 증가를 유도하여 탄소섬유와 수지의 계면 결합력이 증가된 것으로 판단된다. 그중 층간전단강도와 비례관계인 페놀릭 하이드록실 그룹은 탄소섬유 강화 복합재료의 계면결합력을 향상시키는 중요한 요소라 판단된다.

• 대한기계학회논문집
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• 제13권1호
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• pp.105-114
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• 1989

본 연구에서는 카본/에폭시 프리프렉으로부터 제작된 적층판을 사용하여 인장시험시 발생하는 AE특성과 파괴거동을 비교 검토하고 이들을 통하여 탄소섬유 복합재료의 파손특성과 AE법의 유용성을 규명하고자 한다.

• Composites Research
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• 제24권5호
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• pp.34-38
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• 2011

탄소나노튜브가 발견된 이후로, 고분자 수지의 기계적, 전기적 물성을 증대시키는 보강재로서 많은 연구가 수행되어 왔다. 더 나아가, 탄소나뉴튜브를 탄소섬유복합재 (CFRP)의 기지가 되는 수지를 보강시키는 데 이용하는 연구도 최근 활발해지고 있는 추세이다. 단일벽탄소나노튜브가 각각 0.2 %, 0.5 %의 중량비로 에폭시 수지에 먼저 분산, 혼합되었다. 이 혼합액을 CFRP를 제작하는데 주로 쓰이는 방법 중 하나인 진공 수지 충전 공정법 (vacuum assisted resin transfer molding, VARTM)으로 탄소섬유 프리폼에 주입하는 방법과 습식 현장 적층법 (wet lay-up)의 두가지 다른 방법으로 복합재를 제작 하였다. 각각의 제작된 시편에 대하여, 층간전단강도 (interlaminar shear strength, ILSS)를 측정하여, 층간전단강도와 공정의 상관관계, 탄소나노튜브의 보강효과에 대하여 조사했다. 탄소나노튜브/에폭시 복합재의 경우 기계적 물성의 향상을 가져왔으나 이를 기지재로 사용한 탄소섬유복합재의 층간전단강도는 특히 VARTM 공정의 경우, 탄소나노튜브의 첨가에 따른 수지의 점도 증가로 인한 공정상의 문제로 기대만큼의 물성향상을 가져오지는 못한 것을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.92.1-92.1
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• 2011

고분자 전해질 연료전지 (PEMFC)의 핵심 부품 중의 하나인 Bipolar Plate (분리판)을 제조하기 위해서 고분자/그라파이트 복합재료를 사용하였다. 고분자 매트릭스로는 경화시 뛰어난 화학적, 기계적 특성을 갖는 에폭시를 채택하였고, 전기 전도성을 부여하기 위해 그라파이트를 도입하였으며, 에폭시 수지의 내충격성을 향상시키기 위해서 Carbon Fiber를 채택하였다. 에폭시 분말과 그라파이트 분말, 그리고 1cm 정도의 길이를 갖는 Carbon Fiber을 믹서에 넣고 균일하게 혼합하였다. 이 혼합물을 이형제 처리된 몰드에 주입하고, Hot Press를 사용하여 가열, 가압 ($150^{\circ}C$, 4 ton/$cm^2$, 2시간)하면서 경화시켰다. 일정 비율로 고정된 에폭시/그라파이트 계에 Carbon Filber의 혼합 비율을 변화시키면서 전기적, 물리적 성질의 변화를 연구하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제23권6호
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• pp.1026-1038
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• 1999

Interlaminar fracture toughness of carbon/epoxy composite materials has been studied under tensile and flexural loading by the use of width tapered double cantilever beam(WTDCB) and end notched flexure(ENF) specimens. This study has significantly examined the effect of various interfacial ply orientation, ${\alpha}(0^{\circ},\;45^{\circ}\;and\;90^{\circ})$ and crack propagation direction, ${\theta}(0^{\circ},\;15^{\circ},\;30^{\circ}\;and\;45^{\circ})$ in terms of critical strain energy release rate through experiments. Twelve differently layered laminates were investigated. The data reduction for evaluating the fracture energy is based on compliance method and beam theory. Beam theory is used to analyze the effect of crack propagation direction. The geometry and lay-up sequence of specimens are considered various conditions such as skewness parameter, beam volume, and so on. The results show that the fiber bridging occurred due to the non-midplane crack propagation and causes the difference of fracture energy evaluated by both methods. For safer and more reliable composite structures, we obtain the optimal stacking sequence from initial fracture energy in each mode.