• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.651-668
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• 2017

터널 굴착에 따른 초기 안정성 확보를 위해 1차 지보재인 숏크리트와 록볼트를 가장 적절한 시기에 터널 굴착면 주면으로 타설하여야 한다. 이러한 지보재의 역할은 장 단기적인 터널 안정성에 매우 중요한 역할을 하기 때문이다. 여기서 록볼트는 터널 굴착시 응력이완에 따라 발생되는 외압을 축력으로 받아들여 터널 굴착면의 숏크리트에 전달하여 전체적인 안정성을 도모하는 중요한 지보재이다. 현재까지 록볼트의 재료는 현장 수급이 유리한 이형강봉을 많이 이용하였으나 최근들어 불확실한 품질의 중국산 자재의 시장진입과 록볼트 주면 모르타르 충전시 흘러내림에 의한 밀실한 충전불량, 용수에 의한 부식 등 다양한 문제점이 나타나고 있다. 특히, 현재의 설계기준상 이형강봉에 대한 기계적 성질의 기준은 있으나 그 외 섬유보강 플라스틱(FRP) 등이 사용될 수 있으나 명확한 기준은 제시되지 않고 있다. 그래서 새로운 소재로 개발되더라도 실제 현장 적용에 있어서는 해결해야 할 부분이 많다. 따라서, 본 연구에서는 상기의 기존 록볼트가 지니고 있는 여러 문제점을 해결, 개선하고자 Autobeam 재료를 이용한 고강도 강관 록볼트(Samrt Pipe-록볼트, 이하 SP-록볼트)를 개발한 내용을 다루고 있다. 개발된 록볼트의 성능평가를 위해 현장시험을 수행하고, 기존 모르타르 충전을 개선할 수 있는 충전재를 개발하여 록볼트의 성능을 더욱 향상하고자 하였다. 또한, 실무현장의 적용성 확보를 위해 설계 및 시공기준에 대한 연구를 수행하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제31권1호
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• pp.62-67
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• 2011

모의 낙뢰시험에 의해 충격손상을 입은 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 복합재료의 잔류압축강도를 평가하는 시험(CAI) 중 손상부의 거동을 음향방출(AE)법으로 관찰하였다. CFRP 시편은 ITO 나노입자를 탄소섬유에 직접 코팅한 CFRP prepreg를 이용하여 만들었고, 모의 낙뢰시험은 고전압 대전류 인가장치(ICG)를 이용하여 시편에 10~40 kA의 충격파 전류를 인가하여 실시하였다. ITO 나노입자 코팅의 효과와 인가전류의 세기에 따른 손상영역의 크기와 잔류압축강도를 AE 거동과 연관하여 평가하였다. 손상영역의 크기는 초음파 C-scan 영상을 이용하여 측정하였으며, AE events 수와 AE event가 발생하기 시작할 때의 압축응력 수준을 연관시킨 결과 ITO 나노입자 코팅 CFRP의 경우 상대적으로 손상이 작고 훨씬 높은 용력수준에서 AE가 발생하기 시작하였다. CAI시험 중 AE측정은 실제로 낙뢰손상을 입은 복합재 동체 구조물의 손상된 정도를 구별하는 데 유용한 지표로 활용될 수 있음을 확인하였다.

• 보존과학회지
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• 제33권3호
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• pp.203-214
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• 2017

본 연구에서는 야외 플라스틱 작품에 많이 사용되고 있는 유리섬유강화플라스틱(FRP)을 대상으로 자외선에 의한 색도 및 광택도, 접촉각 변화, 적외선 분광분석을 통해 열화 특성을 확인하였으며, FRP의 열화를 예방하고자 자외선 차단 코팅제를 제조하여 코팅제의 성능 평가를 진행하였다. 자외선 열화 결과, FRP의 표면변화는 기공 이외에 다른 변화는 관찰되지 않았다. 색차는 열화 초기에 급격히 증가하였는데 이는 적외선 분광분석 결과와도 유사하였다. 광택도 및 접촉각의 경우 뚜렷한 변화는 확인되지 않았다. 코팅제 처리에 따른 특정한 표면 변화는 관찰되지 않았으나 색차 비교 결과, 미처리 시편보다 색 변화가 낮게 측정되어 변색 제어가 가능함을 확인하였다. 코팅제 도포 후 열화에 따른 광택도 및 접촉각 변화가 일부 관찰되었으나 자외선 차단 코팅제는 상대적으로 안정한 것으로 나타났다. 적외선 분광분석 결과, 화학적 변화가 미미함에 따라 코팅제가 일정 기간 동안 열화를 지연시키는 것으로 보인다. 본 연구를 통해 작품 재료로써 FRP의 자외선 열화 양상을 파악하였으며, 제조한 자외선 차단 코팅제의 성능 평가를 통해 야외 FRP 작품의 보존 방안으로써 적용 가능성을 확인하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.9-15
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• 2009

본 연구는 도로안전 시설물의 풍하중에 의한 손상발생 사례를 토대로 현행 도로안전 시설물의 구조적 휨 성능을 평가하고 이에 대한 부재별 휨 성능개선을 위한 연구이다. 본 연구의 대상구조물로는 대표적인 도로안전시설물이며 풍하중에 대한 선행 피해사례가 밝혀진 방음벽 지주프레임을 대상으로 고려하였으며 이들 지주프레임의 휨 구조성능 및 형상설계에 대한 평가를 우선적으로 수행하였다. 본 연구평가 결과에서 나타난 현행 보강재의 구조적 성능을 토대로 중량 대비 구조적 강성이 우수한 유리섬유 강화플라스틱 (GFRP)을 활용하여 다양한 보강 형태에 따른 성능개선방법을 해석 및 실험적 연구를 통하여 수행하였다. 그 결과 효율적 성능개선을 위한 GFRP 적용방법의 경우 구조적, 시공적 측면에서 효율적인 것으로 평가되었고 자체적인 형상단면 최적설계를 통한 개선방법도 성능보강에 효과적인 것으로 해석적으로 평가되었다. 본 연구에서 적용된 GFRP 단면보강 및 최적형상설계 연구는 향후 노후 도로안전 시설물의 풍하중 또는 태풍으로 인한 피해예방을 위한 기초자료로서 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제32권5호
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• pp.279-283
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• 2019

구체 비행 시뮬레이터는 6자유도 운동과 무제한 회전 운동을 정밀하고 신속하게 제어하는 비행 훈련용 시뮬레이터이다. 이러한 시뮬레이터를 제작하기 위해서는 고강도 경량화 설계 및 검증이 필요하다. 본 연구에서는 유리섬유강화플라스틱과 폼코어로 구성된 샌드위치 복합재를 이용하여 높은 비강도와 비강성을 확보하고, 내부에 T형 스테인리스 스틸 프레임을 삽입하여 하중에 의한 구체 곡률 변형이 최소화되도록 시뮬레이터를 설계하였다. 그 결과 구체가 접촉하는 각 영역에 균일한 토크 전달이 가능해지고 제어 정확도를 높일 수 있다. 시뮬레이터의 구조 안정성 평가를 위해 유한요소해석을 수행하였으며 재료에 대한 기계적 물성은 ASTM 규격에 따라 측정되었다. 하중 조건은 중력가속도를 고려하고 실제 탑재될 장비와 사용자의 무게를 200 kg으로 가정하였다. 두 가지 상황을 모사하여 하중과 자중에 의해 시뮬레이터에 작용하는 응력과 변위를 해석하고 안전성을 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권5호
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• pp.309-316
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• 2022

본 논문에서는 14개의 다른 적층을 갖는 CFRP 적층판의 강도를 비선형 수치해석으로 계산하고 시험 결과와 비교하였다. 복합재 적층판 쿠폰은 일방향 테이프로 만들어진 프리프레그를 오토클레이브에서 경화하여 제작하였다. 라미나 시험으로 획득한 메트릭스의 비선형 특성을 해석에 고려하였다. Hashin 파손조건과 점진적 손상모델을 사용하여 비선형 유한요소 해석을 수행하였다. 비교 결과 본 논문의 접근 방법이 다양한 적층을 갖고, 손상이 없는 CFRP 적층판의 인장강도를 예측할 수 있음을 보여주었다. 그러나 구멍이 있는 적층판 시편의 강도 예측에는 부적합하였다.

• Composites Research
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• 제30권4호
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• pp.241-246
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• 2017

취성을 가진 섬유강화플라스틱은 충격을 받을 때 충격에너지를 흡수하면서 섬유와 기지재 간 계면에서 탈착 및 박리가 일어난다. 이는 복합재료의 에너지 충격흡수정도의 지표로 삼을 수 있다. 복합재료의 취성을 해결하기 위해 pine과 복합재료의 접착에 대한 연구가 되어 지고 있다. 이번 연구에서는 열처리 된 pine이 탄소섬유강화복합재료와 에폭시 접착제를 이용하여 접착되었다. 최적의 열처리 조건을 확인하기 위해, pine을 160도 및 200도 조건하에 열처리를 하였다. Pine 및 pine/탄소섬유복합재료의 기계적 및 계면물성을 파악하기 위해 인장, 인장중첩전단 및 아이조드 실험을 하였다. 또한, 열처리에 따른 나뭇결간의 결합력을 확인하기 위해 나뭇결 수직방향으로 인장시편 제조 후 파단될 때 탄성파를 음향방출시스템을 이용하여 분석하였다. 160도 조건으로 열처리 했을 때 나무강화 효과로 기계, 계면 및 나뭇결간의 결합력이 좋은 것을 확인하였다. 그러나 과한 열을 주게 되면 열에 약한 헤미셀룰로오스가 분해되면서 잡아주는 인자가 줄어들어 물성이 감소하였다.

• Composites Research
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• 제36권4호
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• pp.270-274
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• 2023

필라멘트 와인딩 공정을 사용한 FRP 복합재의 적층 구조는 기존의 FRP 복합재의 적층 구조와는 다를 뿐만 아니라 일반적인 적층 구조를 토대로 기계적 물성에 대해서 분석하고자 한다면 그에 대한 영향을 파악하는 것이 어렵다. 따라서 전반적인 성능을 향상시키기 위해 기계적 물성을 개선하고 교차 적층 구조를 최적화하는 것이 필수적이다. 따라서 본 연구는 비정질 할로이사이트 나노튜브(Amorphous Halloysite Nanotubes, A-HNT)를 5개의 층 배열을 통해 교차 적층 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 구조의 저속 충격 특성에 미치는 영향을 조사하는 것을 목표로 한다. 중량 낙하식 충격시험을 통하여 라미네이트의 저속 충격 특성을 확인하였으며, 충격을 가한 후에 현미경을 통하여 충격 파손 모드와 손상 정도를 비교 평가하였다. 나노 입자의 첨가 여부에 따른 각각의 교차 적층 구조 라미네이트를 10 J과 15 J의 충격에너지에서 비교하였다. 10 J의 경우 흡수에너지는 각 구조에서 비슷한 경향을 보였다. 그에 비해 15 J의 경우 흡수에너지는 각 구조에서 다른 흡수에너지를 가지며, 나노 입자가 첨가되지 않은 구조가 가장 높은 흡수에너지를 가진다. 또한 광학현미경을 통하여 각 구조에서 다양한 충격 파손 모드가 관찰되었다.

• 한국포장학회지
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• 제29권3호
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• pp.153-161
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• 2023

최근 소비자들의 소비 형태가 온라인 쇼핑 및 간편식, 배달 음식 등 비대면 소비를 위한 서비스 시장이 크게 확대됨에 따라 플라스틱 일회용 제품의 소비가 급증하게 되면서, 사용한 플라스틱 폐기물에 의한 여러 환경오염 문제들이 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 국제적으로 플라스틱 사용을 줄이고, 환경친화성 및 재활용성이 높은 지속 가능 물질로 대체하려는 움직임을 보이고 있다. 본 연구에서는 재활용성이 높은 종이에 다양한 종류의 배리어 코팅을 적용한 종이 시료의 물성과 배리어 특성 및 재활용성 등을 평가하여 실제로 식품용으로 사용되는 종이의 코팅층 종류와 이에 따른 물성 및 배리어성 개선 효과 및 재활용성에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 배리어 코팅종류는 PE와 PP, 개질 아크릴 코팅이 된 종이 시료를 사용하였으며, 코팅 처리하지 않은 종이를 대조군으로 하여 평가를 진행하였다. 형태학적 분석을 통해 PE의 코팅층은 약 30 ㎛, PP는 약 20 , 개질 아크릴은 10 ㎛의 코팅층 두께를 보여주었으며, 섬유조직 형태를 보여주던 대조군의 표면과 달리 배리어 코팅 종이는 코팅층으로 인하여 매끈한 표면 형태를 보여주었다. 기계적 물성 평가에서는 PE 코팅 종이와 개질 아크릴 코팅 종이에서 대조군이 비해 인장강도와 파열강도에서 개선되는 결과를 보여주었으며, PP 코팅 종이에서는 파열강도 외에 대조군과 유의적 차이를 보여주지 않았다. 공기 투기도 평가로 배리어 코팅층이 없는 대조군에서 약 2.24 ㎛/Pa·s로 가장 높은 투기도 값을 보여주었으며, 배리어 코팅 종이의 경우 모두 0.003 ㎛/Pa·s 이하의 상대적으로 낮은 투기도 값을 보여주었다. 또한 Cobb 사이즈도 대조군에서 약 43.77 g/m²로 가장 높은 흡수 특성을 보였으며, 배리어 코팅 종이 시료에서는 2.80 g/m² 이하의 흡수 특성을 보여주었다. 이는 이미 내수성 및 기체 차단 특성을 가진 고분자의 특성으로 종이의 차단 특성도 개선된 것으로 판단된다. 내유성 평가에서도 PE 코팅 종이와 PP 코팅 종이에서 최고 측정값인 12 등급으로 내유성이 높은 특징을 보여주었으며, 개질 아크릴 코팅 종이는 5 등급으로 PE, PP 코팅 종이 보다 상대적으로 낮은 내유성을 보여주긴 하였으며, 대조군은 0 등급으로 내유성이 없는 모습을 보여주었다. 코팅 처리별 종이의 재활용성 평가에서 대조군의 리젝트율은 5.25%로 모든 시료 중 미해리분이 가장 낮은 모습을 보여주었으며, PE 코팅 종이와 PP 코팅종이는 각각 19.04%, 16.57%로 리젝트율이 증가함을 나타냈다. 상대적으로 높은 리젝트율 값은 PE 코팅 종이와 PP 코팅 종이는 해리 시 코팅 층이 작은 크기로 조각나 미분화되어 슬릿에 걸러지는 것으로 확인하였으며, 이는 미해리분으로 인해 재활용에 어려움이 발생할 것으로 판단된다. 개질 아크릴 코팅 종이의 리젝트율은 6.25%로 대조군과 유사하게 미해리분 없이 스크린을 거의 통과되는 현상을 보여주었다. 이 결과는 개질 아크릴 수지의 수해리성이 높아 발생한 것으로 판단된다. PE 및 PP 코팅 종이에 비교하여 개질 아크릴 코팅 종이가 재활용성 평가에서 더 효율적인 결과를 가짐을 나타내며, 추가 해리되어 스크린 업셉트된 펄프 슬러리를 사용하여 제조한 재활용지에 대한 종이의 품질 변화는 향후 보강 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제42권6호
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• pp.682-690
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• 2014

본 연구에서는 WPC의 열안정성을 향상시키기 위해 폴리프로펠렌 매트릭스에 목분과 폴리인산염(ammonium polyphosphate, APP)의 삼종혼합 후, 목분과 난연제 첨가에 따른 목재플라스틱 복합재(wood plastic composites, WPC)의 열분해 거동이 조사되었다. 모든 배합비의 WPC 열분해 거동은 질소의 환경에서 분당 $10^{\circ}C$ 상승속도로 제어하여 열중량분석기(Thermogravimetric analyzer)를 통해 분석하였다. 목분의 열분해온도가 PP의 열분해온도 보다 낮기 때문에 목분에 의해 생성된 char막은 PP로의 열전달 속도를 낮추며, 2차 열분해온도 증가 및 열분해속도를 늦춘다. APP를 첨가한 WPC의 경우 1차 열분해온도 감소 및 2차 열분해온도의 증가를 보여준다. 목분의 함량이 높은 WPC의 경우, APP 첨가 시 1차 열분해온도 감소 및 2차 열분해속도가 증가하였고, 고온에서 잔여물의 양은 APP 함량이 증가할수록 크게 증가하였다. APP가 첨가된 WPC 경우, 목분의 함량이 10 wt%에서 50 wt%로 증가 시 고온에서 잔여물 양이 증가하였는데, 이는 APP 및 목질섬유의 char화가 동시에 발생되기 때문으로 보이며 결과적으로 목분 함량이 증가할수록 APP의 효과가 높게 나타나 열안정 효과를 관찰할 수 있었다.