• Composites Research
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• 제37권3호
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• pp.186-189
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• 2024

본 연구는 나노필러가 혼합된 열가소성 탄소섬유강화 복합재료(Carbon fiber reinforced thermoplastic polymer, CFRTP)의 물성을 비교 평가하였다. Polyamide 6 (PA6) 수지에 Multi-wall carbon nano tube (MWCNT), Silicon oxide, Core shell rubber, Aramid nano fiber 등의 다양한 나노필러를 혼합한 후, 이를 기지재(Matrix)로 탄소섬유강화복합 재료(CFRP)를 제조하여 그 물성을 측정하였다. 나노필러의 종류와 혼합비율에 따라, 인장강도, 층간계면결합력 (Inter-laminar shear strength), Izod 충격 강도 등이 측정되었다. 인장 강도와 충격 강도의 경우 Core shell rubber를 혼합한 경우 가장 높은 물성을 가졌으나, 계면결합력은 silicon oxide를 1 wt.% 이하 혼합하였을 때 최적값을 가졌다.

• Carbon letters
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• 제19권
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• pp.47-56
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• 2016

In this study, the fracture behavior of a thermoplastic-modified epoxy resin reinforced with continuous carbon fibers for two levels of fiber-matrix adhesion was performed. A carbon fiber with commercial sizing was used and also treated with a known silane, (3-glycidoxy propyl trimethoxysilane) coupling agent. Toughness was determined using the double cantilever test, together with surface analysis after failure using scanning electron microscope. The presence of polysulfone particles improved the fracture behavior of the composite, but fiber-matrix adhesion seemed to play a very important role in the performance of the composite material. There appeared to be a synergy between the matrix modifier and the fiber-matrix adhesion coupling agent.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.80-85
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• 2016

탄소섬유강화 복합재는 기계적 물성이 우수하여 다양한 산업분야에서 활용되고 있으나 섬유길이가 짧은 단섬유 형태로 함침 되고 있어 강도와 강성을 증대시키는데 한계가 있다. 이를 보완하기 위한 LFT-D성형은 탄소 또는 유리섬유를 열가소성 수지와 혼합하여 압출 후 프레스 성형하여 제품을 만드는 공법으로 연속공정이 가능하고 사출성형에 비해 생산성이 높아 자동차 구조용 부품을 제작하는데 사용할 수 있다. 본 연구에서는 LFT-D공법으로 성형된 탄소 장섬유강화 열가소성 복합소재의 기계적 특성을 파악하기 위하여 탄소 장섬유의 함침과 압출공정을 수행할 수 있는 Lab scale의 소형 압출기 시스템을 제작하였다. Lab scale의 소형 압출기를 사용하여 제작된 탄소 장섬유 복합소재를 프레스 성형하여 시편을 제작하고 재료의 기계적 특성을 평가한 결과, 탄소섬유길이, 프레스 가압압력 및 탄소섬유 함유량이 복합소재의 강도 및 강성의 증가에 영향을 미침을 알 수 있었다. 향후 탄소 장섬유 복합소재의 기계적 성질 향상을 위해서 혼합 스크류 설계, 탄소 섬유코팅 등에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

• 한국기계가공학회지
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• 제16권5호
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• pp.25-30
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• 2017

Carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) composite materials have been widely used in various industrial fields because the design variables can be adjusted according to the application of the required structure. Thermosetting and thermoplastic resins are used as the base materials of CFRP composites for the lightweight construction of automotive components. Thermoplastics have several advantages such as no curing and recyclability compared to thermosetting resin. In this study, CFRP composites were made using the Long-Fiber Thermoplastic-Direct (LFT-D) process. The LFT-D process includes an in-line production system that directly impregnates a thermoplastic resin, extrudes the composite material, and molds it. This process increases the strength and decreases the molding time. The tensile strength characteristics on the mechanical properties of CFRP were analyzed according to the parameters of LFT-D based on thermoplastics. To analyze the properties of CFRP, the specimens were prepared based on the tensile test standard ASTM 3039 of composite materials.

• Composites Research
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• 제28권4호
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• pp.168-175
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• 2015

탄소섬유 강화 복합재료는 높은 비강도 및 비강성을 가지기 때문에 자동차 산업, 선박, 우주 항공 산업과 같은 다양한 산업 분야에 적용되어 왔으며, 수요가 점차 증가하고 있다. 탄소섬유 강화 복합재료에는 기지재로 주로 에폭시(Epoxy)와 같이 점도가 낮고 젖음 특성이 우수하며 강도가 양호한 열경화성(Thermosetting) 수지가 사용된다. 열경화성 수지는 우수한 물리적 특성을 나타내지만 재사용이 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 재사용이 가능한 탄소섬유 강화 열가소성 수지(Thermoplastic) 복합재료 개발 및 탄소섬유 재사용에 관한 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 열분해 방법을 사용하여 탄소섬유/에폭시 복합재료로부터 탄소섬유와 수지를 분리하여 탄소섬유를 재활용하였다. 에폭시의 분해도(Degree of decomposition)는 열중량분석기(TGA)와 시차 주사현미경(SEM)을 통해 확인하였다. 수지로부터 분리해낸 탄소섬유는 절단(Cutting)과 그라인딩(Grinding) 방법을 거쳐 탄소섬유 복합재료 시트(Sheet)를 제조하였다. 재활용 탄소 섬유로 제조된 탄소섬유 시트는 각각 다른 냉각조건에서 결정화 엔탈피(Crystallization enthalpy)와 기계적 특성, 표면과 단면의 형태를 분석하였다.

• 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.

• Design & Manufacturing
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• 제15권3호
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• pp.39-44
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• 2021

In molding of continuous fiber-reinforced thermoplastic composites, it is very difficult to impregnate between the reinforcements and the matrix since the matrix has a high melting temperature and high viscosity. Therefore, most of composite molding processes are divided in the manufacturing processes of intermediate materials called prepreg and the forming of products from intermediate materials. The divided process requires additional facilities and thermoforming, and they increase the cycle time and cost of composite products. These problems can be resolved by combining the continuous fiber-reinforced composite molding process with injection molding. However, when a composite material is manufactured by inserting woven fabric into the injection mold, poor impregnation occurs on the surface of the molded product. It affects the properties of the composites. In this paper, through an impregnation experiment using cores with different heat transfer rates and pore densities, the reason for the poor impregnation was confirmed, and molding experiments were conducted to produce composite with improved surface impregnation by inserting the mesh. And also, the surface impregnation and deformation of composites molded using different types of mesh were compared with each other.

• Composites Research
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• 제34권2호
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• pp.136-142
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• 2021

3D 프린팅 기술은 금형이 없이 다양한 형태의 제품을 만들기 쉬운 장점이 있지만, 기존 보편화된 성형법에 비해 기계적 물성이 낮고, 소재 및 제작 조건 등에 따라 기계적 물성이 크게 달라지는 문제가 있다. 한편, 높은 물성을 구현하기 위해서는 제조비용이 높아지는 문제가 있어, 이에 대한 연구 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 단섬유 탄소섬유 보강 나일론 필라멘트를 이용하여 3D 프린팅 열가소성 구조물을 제작하였다. 또한 인발 성형된 연속섬유 형태의 탄소섬유 혹은 유리섬유 강화 열경화성 복합재를 이용해 외측면을 보강하여 기계적 물성 향상 방법을 제시하였다. 보강재의 보강 위치와 섬유의 종류에 따른 굽힘물성 향상을 확인하였다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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• pp.406-415
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• 2008

Recently, the amount of thermosetting plastic wastes have increased with the production of reinforced plastic composites and causes serious environmental problems. The epoxy composites, one of the versatile thermosetting plastics with excellent properties, cannot be melted down and remolded as what is done in the thermoplastic industry. In this research, a series of experiments that recovers carbon fibers from carbon fiber reinforced epoxy composites for train body was performed. We experimentally examined various decomposition processes and compared their decomposition efficiencies and mechanical property of recovered carbon fibers. For the prevention of tangle of recovered carbon fibers, each composites specimen was fixed with a Teflon supporter and no mechanical mixing was applied. Decomposition products were analyzed by scanning electron microscope (SEM), gas chromatography mass spectrometer (GC-MS), and universal testing machine (UTM). Carbon fibers could be completely recovered from decomposition process using nitric acid aqueous solution, liquid-phase thermal cracking and pyrolysis. The tensile strength losses of the recovered carbon fibers were less than 4%.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제7권6호
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• pp.475-493
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• 2020

This paper is focused on the characterization of the thermomechanical properties of semicrystalline poly-ether-ether-ketone (PEKK) and of carbon fiberreinforced thermoplastic based laminated composites (C/PEKK) below and above the glass transition temperature (T_g). Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and tensile tests are carried out on both pure PEKK polymer and [(±45)₂, +45]_s C/PEKK composite samples, showing a significant similarity in behavior. The employment of a simple micromechanical model confirms that the mechanical and physical behavior of the polymer and that of the matrix in the composite are similar.