• 한국광학회지
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• 제31권5호
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• pp.205-212
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• 2020

풍력 터빈 시스템의 성능에서 블레이드는 매우 중요한 역할을 하지만 복잡하고 불규칙적인 하중에 의한 손상에 취약하며 유지 보수 비용도 많이 든다. 따라서 블레이드 제조를 완료한 후에 결함을 찾아내고 일정 기간 사용한 후에 블레이드 손상을 찾아내는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 풍력 터빈 블레이드의 주재료인 유리섬유와 탄소섬유 패널에서 내부 결함을 검출할 수 있는 새로운 방법을 제안하고자 한다. 블레이드 제조 또는 작동 중에 발생할 수 있는 복합재료의 섬유 파단을 모사하기 위해 적층된 재료의 중간층에 직경 5 mm의 홀을 가공한 후에, 비접촉 측정 기술인 이미지 상관법(digital image correlation, DIC)을 사용하여 내부 결함을 검출하였다. 인장시험기를 사용하여 가공된 시편에 인장 하중을 가하면서 이미지 상관법 시스템으로 변화되는 시편의 이미지를 저장하고 분석하였다. 유리섬유 복합재료 시편에서는 인장 하중 방향으로 5%의 변형률부터 내부 결함이 검출되었으며 탄소섬유의 경우에는 1%의 변형률부터 내부 결함이 검출되었다. 재료 특성에 따라 내부 결함 주변에 일정 수준의 변형률 차이가 발생함에 따라 결함이 검출됨을 이미지 상관법 시스템으로 증명하였다.

• Composites Research
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• 제32권5호
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• pp.265-269
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• 2019

직접적으로 탄소 나노 튜브(CNT) 섬유를 방사하는 기술은 향후 고성능 소재분야에서 유망한 방법이다. 수직으로 정렬된 CNT 어레이에서 직접 방사하는 연구는 보고된 이래 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 보고된 CNT 어레이의 대부분은 방사성을 갖고 있지 않다. 이 연구에서는, 방사특성을 향상시기키 위해 촉매, 탄소원등의 조건을 제어함으로써, CNT의 방사성 정도가 CNT 어레이의 형태와 밀접하게 관련되어 있음을 증명하였다. 탄소원인 아세틸렌에 추가 탄소원으로 에틸렌을 첨가함으로서 CNT 어레이의 waviness를 감소시킬 수 있었으며, 이는 촉매의 활성화를 유도하여 CNT축 방향으로의 선형화를 증가시켰다. 또한 이러한 탄소원 조성의 변화는 촉매 입자의 유착(coalescence)을 제어함으로써, 어레이의 밀도 및 합성된 CNT의 직경 과 길이등 물성을 동시에 제어할 수 있었다. 합성된 CNT 어레이는 잘 정렬되어 있으며, 방사 가능한 어레이의 합성조건을 도출할 수 있었다.

• 폴리머
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• 제25권4호
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• pp.575-586
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• 2001

안정화 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유는 탄소섬유 제조에서 요구되는 온도보다 낮은 조건에서 여러 가지 열처리공정 인자에 따라 다른 물성을 갖는 준탄소섬유로 변환될 수 있다. 최근의 초기연구 결과에 의하면 약 1100$^{\circ}C$ 부근에서 적절한 준탄화공정은 준탄소섬유의 물성과 준탄소섬유/고분자 복합재료의 물성에 매우 중요하게 작용하는 것으로 조사되었다. 따라서, 본 연구의 목적은 안정화 PAN 섬유를 이용하여 여러 준탄화공정을 통해 준탄소섬유를 제조하고 그 물성을 조사하는 것이다. 준탄소공정은 800$^{\circ}C$까지의 저온영역과 1000$^{\circ}C$ 이상의 고온영역으로 나누어 행하였으며, 최종 준탄화온도, 승온속도, 체류시간, 승온단계, 분위기가스 등을 변화시켜가며 얻어진 준탄소섬유에 대한 화학조성, 물리적 특성, 열안정성, 미세구조, 기계적 특성 및 전기저항성을 조사하였다. 각 조건에서 얻어진 준탄소섬유에 대한 결과는 열처리전 안정화 PAN 섬유와 상업용 PAN계 탄소섬유의 물성과 비교 분석하였다. 본 연구의 결과는 조사된 물성이 주어진 여러 가지 준탄화공정 인자에 크게 의존하였음을 보여주었다.

• Composites Research
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• 제35권2호
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• pp.106-114
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• 2022

탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)은 우수한 비강도 및 비강성으로 인하여 항공산업에서 널리 사용되고 있다. CFRP는 대부분 탄소섬유나 프리프레그를 적층한 구조로 사용되고 있으며, 이러한 구조는 박리가 발생할 수 있다는 치명적인 단점이 있다. 이는 보통 두께방향 섬유의 부재에서 기인한다. 본 연구에서는 탄소섬유가 세 방향으로 직조된 3차원 탄소섬유 프리폼 및 이를 적용한 항공기 날개 단위구조체를 제조하였다. 단위구조체는 항공기 날개의 핵심 요소인 스킨, 스트링거, 리브로 구성되며 수지 이송 성형공정을 이용하여 제조하였다. 압축시험을 통하여 기존의 적층형 구조물과 비교한 결과, 3차원 프리폼은 구조물의 박리예방 뿐만 아니라 강도향상에도 효과적임을 보여 주었으며, 이는 3D 프리폼 구조물이 박리 예방을 필요로 하는 다양한 분야, 특히 항공 분야에서 널리 사용될 수 있음을 의미한다.

• Composites Research
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• 제30권2호
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• pp.102-107
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• 2017

프리세라믹폴리머는 기존의 세라믹 공정으로는 얻을 수 없는 다양하고 복잡한 구조의 세라믹 소재를 구현할 수 있다. 대표적인 프리세라믹폴리머인 폴리카보실란은 분자구조 제어를 통해 실리콘과 탄소의 함량비 조절이나 분자구조의 선형성을 향상시키고 분자량 및 분자량분포 제어를 통해 탄화규소섬유를 포함한 다앙한 형상/미세구조의 탄화규소 세라믹을 제조할 수 있다. 본 논문에서는 폴리카보실란의 합성 및 분자구조제어기술과 이를 용융방사 및 안정화, 열처리를 거쳐 제조되는 탄화규소섬유섬유, 그리고 PIP 공정으로 만들어지는 세라믹섬유복합소재 기술에 대하여 논하였다. 더불어 나노다공구조를 갖는 탄화규소 중공사와 같이 폴리카보실란을 이용해 구현할 수 있는 복잡구조의 탄화규소 소재 개발 예를 소개하였다.

• Composites Research
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• 제31권6호
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• pp.421-428
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• 2018

프리프레그 압축 성형(PCM, Prepreg Compression Molding) 공정을 최적화 하기 위해서 성형 해석을 통해 공정 시 나타날 문제를 사전에 예측할 필요가 있다. 해석 정확도를 높이기 위해서는 성형 물성을 구할 때 정확한 물성 측정이 필요하다. 그러나 대부분의 연구는 프리프레그의 압축 물성을 따로 구하지 않고 인장 물성과 동일하다고 가정하여 사용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 성형 해석의 정확성을 높이기 위해 섬유의 면내 압축 물성 실험법을 제시했으며 측정 결과, 섬유의 압축 강성은 인장 강성에 비해 약 $10^{-2}$배 낮게 측정되었다. 실제 프리프레그의 성형성을 모사하기 위해 경사면($110^{\circ}$)을 갖는 정사각형 컵 금형을 설계 및 제작하였고 이를 이용한 프리프레그 고온 압축 성형성 평가를 수행하였다. 압축 물성 영향성 확인을 위해 금형 내 취약 지점으로 예상되는 각 코너 부근에서의 전단각을 측정하였으며 동일한 위치에서의 해석 결과와 실험 데이터를 비교하였다. 비교 결과 섬유의 압축 물성이 반영된 해석 결과에서 실험값과 유사한 패턴이 관찰되었으며 면내 압축 물성 반영이 성형 해석결과의 정확도를 향상시키는 것을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권6호
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• pp.798-803
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• 2018

Si을 리튬이온전지 음극활물질로 사용하기 위해 입도를 $0.5{\mu}m$ 보다 작은 크기로 제어하였고 표면에 탄소를 약 10 nm 두께로 코팅하였다. 그 위에 탄소섬유를 50~150 wt% 양으로 성장시키고 다시 한 번 탄소코팅을 진행하였다. 이렇게 만들어진 Si 합성물질은 전기전도성을 높이기 위한 공정으로 이종 금속을 혼합하였으며 수명 특성을 개선하기 위해 흑연과 복합화하였다. 실험 변수에 따른 재료들의 물리화학적 특성을 XRD, SEM 및 TEM을 사용하여 측정하였고 코인셀을 제조하여 전기화학적 특성을 평가하였다. Si/PC (Pyrolytic Carbon)/CNF (Carbon Nano Fiber)보다 Si/PC/CNF/PC가 전체적으로 Si 함량이 줄어 방전용량은 상대적으로 낮게 나타났지만 전지평가에서 중요한 수명특성에서는 좋은 결과를 보여주었다. 0.2 C rate에서 $1512mA\;h\;g^{-1}$의 초기 방전 용량과 78%의 초기 효율을 나타내었고 10 싸이클에서 94%의 용량 보존율을 보여주었다.

• Composites Research
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• 제35권1호
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• pp.47-51
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• 2022

전자기기 발열을 효율적으로 제어하기 위해 열전도성 복합재료에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 solvent 별 분산에 따른 carbon fiber의 배열성 관계를 알아보기 위해 Milled Carbon Fiber를 4가지 Solvent에 분산하고 Vacuum filtration 방법을 통해 탄소섬유강화 복합재료(CFRP)를 제작하였다. CFRP의 배열성을 알아보기 위해 광학현미경 관측과 섬광법을 통한 열전도도를 측정하였다. NMP와 Ethanol을 Solvent로 사용하여 성형한 CFRP의 평면두께방향 열전도도가 각각 10.79 W/mK, 10.57 W/mK 값을 보였고 이는 평면내부방향 열전도도에 비해 218%, 209% 향상된 결과를 보였다. Solvent의 상대적으로 높은 점도 값은 solvent 유체의 높은 전단력에 영향을 주어 성형 시 필러의 배열성을 결정하는데 영향을 주는 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권4A호
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• pp.279-286
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• 2011

FRP 긴장재는 PS 강연선의 부식 문제를 해결하기 위한 대안으로써 사용될 수 있으며, FRP 긴장재의 재료특성(부착강도, 인장강도, 전달길이 등)은 구조물에 적용하기 위해서 결정되어야 한다. 재료특성 중에 부착은 FRP 긴장재로 긴장된 PSC 구조물에 적용하기 위해 명확하게 요구되어야 한다. 이 연구는 다양한 표면형상을 갖는 FRP 보강재의 부착특성을 연구하였다. 콘크리트의 철근과 강연선 대신에 사용되는 FRP 재료의 부착특성을 결정하기 위해 CAN/CSA S806-02에서 제안된 직접인발 시험을 수행하였다. 강연선, 이형 철근, 6가지 다른 표면 형상을 갖는 탄소 또는 유리섬유 FRP 보강재에 대하여 총 40개의 시편이 제작되었다. 부착실험 결과 각 실험체의 다양한 부착응력-슬립 곡선을 나타냈고, 국내에서 제작된 CFRP 긴장재의 부착특성과 비교하였다.

• 한국재료학회지
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• 제31권11호
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• pp.626-634
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• 2021

Cu matrix composites reinforced with chopped carbon fiber (CF), which is cost effective and can be well dispersed, are fabricated using electroless plating and hot pressing, and the effects of content and alignment of CF on the thermal properties of CF/Cu composites are studied. Thermal conductivity of CF/Cu composite increases with CF content in the in-plane direction, but it decreases above 10% CF; this is due to reduction of thermal diffusivity related with phonon scattering by agglomeration of CF. The coefficient of thermal expansion decreases in the in-plane direction and increases in the through-plane direction as the CF content increases. This is because the coefficient of thermal expansion of the long axis of CF is smaller than that of the Cu matrix, and the coefficient of thermal expansion of its short axis is larger than that of the Cu matrix. The thermal conductivity is greatly influenced by the agglomeration of CF in the CF/Cu composite, whereas the coefficient of thermal expansion is more influenced by the alignment of CF than the aggregation of CF.