• Advances in materials Research
• /
• 제11권4호
• /
• pp.375-390
• /
• 2022

Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) composite provides outstanding mechanical capabilities and is therefore popular in the automotive and aerospace industries. Drilling is a common final production technique for composite laminates however, drilling high-strength composite laminates is extremely complex and challenging. The delamination of composites during the drilling at the entry and exit of the hole has a severe impact on the results of the holes surface and the material properties. The major goal of this research is to investigate contemporary industry solutions for drilling CFRP composites: enhanced edge geometries of cutting tools. This study examined the occurrence of delamination at the entry and exit of the hole during the drilling. For each of the 80°, 90°, and 118°point angle uncoated Brad point, Dagger, and Twist solid carbide drills, Taguchi design of experiments were undertaken. Cutting parameters included three variable cutting speeds (100-125-150 m/min) and feed rates (0.1-0.2-0.3 mm/rev). Brad point drills induced less delamination than dagger and twist drills, according to the research, and the best cutting parameters were found to be a combination of maximum cutting speed, minimum feed rate, and low drill point angle (V:150 m/min, f: 0.1 mm/rev, θ: 80°). The feed rate was determined to be the most efficient factor in preventing hole entry and exit delamination using analysis of variance (ANOVA). Regression analysis was used to create first-degree mathematical models for each cutting tool's entrance and exit delamination components. The results of optimization, mathematical modelling, and experimental tests are thought to be reasonably coherent based on the information obtained.

• 한국재료학회지
• /
• 제34권3호
• /
• pp.175-183
• /
• 2024

Geopolymer, also known as alkali aluminum silicate, is used as a substitute for Portland cement, and it is also used as a binder because of its good adhesive properties and heat resistance. Since Davidovits developed Geopolymer matrix composites (GMCs) based on the binder properties of geopolymer, they have been utilized as flame exhaust ducts and aircraft fire protection materials. Geopolymer structures are formed through hydrolysis and dehydration reactions, and their physical properties can be influenced by reaction conditions such as concentration, reaction time, and temperature. The aim of this study is to examine the effects of silica size and aging time on the mechanical properties of composites. Commercial water glass and kaolin were used to synthesize geopolymers, and two types of silica powder were added to increase the silicon content. Using carbon fiber mats, a fiber-reinforced composite material was fabricated using the hand lay-up method. Spectroscopy was used to confirm polymerization, aging effects, and heat treatment, and composite materials were used to measure flexural strength. As a result, it was confirmed that the longer time aging and use of nano-sized silica particles were helpful in improving the mechanical properties of the geopolymer matrix composite.

• Composites Research
• /
• 제27권6호
• /
• pp.219-224
• /
• 2014

탄소나노튜브(CNT)의 물성은 고분자재료의 기계적, 전도성, 열적 물성을 향상시켜주기 때문에 많은 분야에서 소재개발을 진행 중이다. 본 연구에서는 사전에 CNT 10 wt% 페이스트를 제조하여 나노입자에 대한 분산도와 나노복합재료 생산성을 높일 수 있는 기초 재료를 제조하였다. 제조된 CNT 10 wt% 페이스트를 이용하여 손상 감지용 CNT 나노복합재료를 제조하여 균열에 대한 손상감지능과 균열 보강효과에 대한 영향을 연구하였다. CNT 10 wt% 페이스트를 이용하여 제조된 CNT 1 wt% 나노복합재는 일반 CNT 파우더를 이용하여 CNT 1 wt% 나노복합재료를 제조하였을 경우보다 인장과 굴곡물성이 높음을 확인하였다. CF30wt%/PP에 인위적인 균열을 제조하고, 균열부위에 CNT 나노복합재료를 보강하여 균열 및 파괴 발생 감지능을 균열크기에 따라 전기저항 측정법과 인장물성평가를 통해 분석하였다. CNT 나노복합재료를 균열 부위에 보강하여 CF30wt%/PP의 인장물성을 분석하였을 경우, 균열보강효과가 있었다. 균열크기가 증가함에 따라 CNT 나노복합재료의 보강효과의 증가되었다. 이는 CNT 나노복합재료와 CF30wt%/PP간의 접착면 증가로 균열전파를 지연하기 때문이다. CNT 나노복합재료의 손상감지능에 대해서는 전기저항 평가법으로 분석하였으며, 접착면에서의 분리로 인해 CNT 나노복합재료에 충격이 가해져 높은 전기저항 증가구간을 확인하였다. 손상감지용 CNT 나노복합재료의 균열방지효과와 손상감지에 대한 전기저항 평가법의 가능성을 확인하였다.

• Composites Research
• /
• 제35권3호
• /
• pp.139-146
• /
• 2022

본 연구에서는 CNT섬유에 적합한 복합소재 공정방법에 대해 연구하였다. CNT섬유가 아직 초기 연구단계로 생산성이 낮아 직조나 스티칭된 UD필름 제작이 어려운 점을 감안, 연구단계에서 적용 가능한 CNT섬유 복합소재 제조법을 개발하고자 하였다. 기존의 CNT섬유 기반 복합소재는 생산성 이슈 및 공정 적용의 어려움으로 인해 주로 single filament composite의 형태로 제조하거나 filament winding법을 이용하여 제조되고 있었으나, 본 연구를 통해서 필름 형상으로 준비된 CNT섬유에 수지를 함침한 후 바로 복합소재화 할 수 있는 공정을 개발할 수 있었다. CNT섬유에는 내부에 수많은 나노포어가 존재하기 때문에 이 부분에 수지가 함침됨에 따라 성형된 복합소재에서 수지의 비율이 과도하게 올라가는 문제가 있기 때문에, 이를 해결하는 것이 가장 핵심적인 이슈라 할 수 있다. VaRTM을 통해서 가해지는 압력은 과량의 수지 제거에는 충분하지 않았으며, 높은 힘으로 누르는 hot press 공정과, 섬유는 고정하면서 과량의 수지를 제거할 수 있는 폼 소재를 도입함으로써 높은 섬유비율을 가지는 CNT 섬유 복합소재를 제조할 수 있었다. 최종적으로 희석된 수지까지 이용하였을 때, 58.5 wt%의 질량비의 섬유로 구성된 CNT섬유 복합소재를 제조할 수 있었고, 비강도는 0.525 N/tex를 달성하였다. 본 연구는 향후 CNT섬유 복합소재 제조에 적용할 수 있는 새로운 공정 방법을 제시하였다.

• Composites Research
• /
• 제30권2호
• /
• pp.132-137
• /
• 2017

본 연구에서는 카본/BMI 면재와 노멕스 허니콤 코어를 가지는 샌드위치 포팅 체결부의 다양한 설계변수에 대한 파손특성 연구를 수행하였다. 샌드위치 시편은 코어 높이, 면재 두께 및 밀도에 따라 총 6종류가 제작되었고, 이중 1종류의 시편에 대해 온/습도 효과를 보기 위해 환경 조건이 가해졌다. 시험 결과 밀도가 $64kg/m^3$ 코어를 제외한 모든 시편에서 코어의 전단좌굴이 초기 파손모드로 나타났으며, 이후 하중을 지지하다 윗면재 파손과 동시에 아랫면재에 볼트가 파고드는 파손형상이 나타났다. 하지만 밀도에 의해 높은 강성을 가지는 시편의 경우 초기 전단좌굴 발생 없이 윗면재와 코어의 계면파손에 의해 낮은 최대파손하중을 나타냈다. 샌드위치 시편의 환경적 영향 평가를 위해 수행된 ETW1($82^{\circ}C$, Wet)과 ETW2($177^{\circ}C$, Wet)의 경우 RTD($24^{\circ}C$, Dry) 조건과 확연히 다른 초기 파손모드를 보였으며, 동일한 습도조건 하에 온도가 상승된 ETW2는 ETW1보다 전단좌굴 하중이 약 18% 감소되는 경향을 보였다.

• Composites Research
• /
• 제33권5호
• /
• pp.315-320
• /
• 2020

본 연구에서는 균일한 스트랜드 시편을 얻기 위해 자동 와인딩장치를 이용하여 스트랜드 시편을 제작하는 경우 맨드렐의 열팽창이 스트랜드 시편에 미치는 영향을 조사하고 맨드렐의 재료와 구조 변경의 필요성을 확인하고자 해석과 시험을 진행하였다. 해석은 자동 와인딩장치에 사용되는 맨드렐을 모델링하여 수행되었다. 연구결과에 따르면 맨드렐의 열팽창으로 개별 스트랜드 시편에 의도하지 않은 추가 장력이 발생하며 그 크기는 경화 온도와 스트랜드 시편의 위치에 따라 달라졌다. 또한 초기 장력이 토우 프리프레그의 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 시편을 제작하고 인장시험을 진행하였다. 시편은 다른 조건을 모두 고정시키고 장력만 40, 60, 80 N으로 제어하여 제작하였다. 해석 및 시험 결과 맨드렐의 열팽창으로 인한 추가 장력 및 장력 편차 그리고 초기 장력 차이 모두 인장시험 결과에 큰 영향을 미치지 못하였다. 이는 탄소섬유의 높은 강도에 비해 장력의 크기가 충분히 작기 때문으로 판단된다. 따라서 자동 와인딩 장치의 맨드렐 재료와 구조의 변경은 불필요한 것으로 확인되었다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제38권9호
• /
• pp.521-527
• /
• 2016

나노 영가철은 산화환원기작을 통하여 염소계 유기화합물과 같은 물질을 효과적으로 처리할 수 있다고 알려져 있지만, 작은 사이즈로 인하여 회수가 어려운 단점으로 인하여 실제 수처리 공정에서는 유출 등의 우려로 널리 적용되지 못하였다. 이와 같은 한계를 극복하기 위하여 활성탄과 같은 담체에 고정화 하여 사용하는 연구가 활발히 진행되었다. 본 연구에서는 활성탄에 영가철의 고정화 시 대표적으로 사용되는 고온 및 상온의 두 가지 경로에 대해 평가하였으며, 결과를 바탕으로 최적의 합성 조건을 도출하였다. 효과적인 나노영가철/입상활성탄 복합체를 합성하기 위해서는 높은 철 함량과 더불어 영가철의 분율을 높이는 것이 중요하며, 이를 위해서는 합성 과정에서 형성되는 철 산화물 및 수산화물의 형성을 억제하는 것이 중요한 것으로 나타났다. 또한 영가철의 분율을 높이기 위한 환원 시간 및 중간 건조 과정의 유무 등 합성 조건의 영향을 살펴보았으며, 그 결과 중간 건조 과정 없이 바로 $NaBH_4$를 이용한 환원 조건을 약 2시간 이상 유지하는 것이 최적 조건임을 확인하였다. 합성된 나노영가철/입상활성탄 복합체는 활성탄의 흡착 능력과 영가철의 환원 능력을 동시에 보유함으로써 나이트로벤젠과 같은 환원이 가능한 오염물질의 제거에 효과적으로 나타났다.

• Elastomers and Composites
• /
• 제36권1호
• /
• pp.44-51
• /
• 2001

카본블랙의 화학적 표면개질에 따른 영향을 조사하기 위해 3종류 화학약품(KOH, $H_3PO_4$, 벤젠)을 이용하여 카본블랙 표면을 처리하였으며, 이를 함유한 스티렌-부타디엔 고무(SBR)의 가황특성과 기계적 특성을 조사하였다. 산(HCB)이나 염기(KCB)로 표면 처리할 경우 표면 자유에너지의 증가가 관찰된 반면, 벤젠(BCB)의 경우 미세한 증가만이 관찰되었다. London 비극성 성분은 BCB가 가장 높았다. 각 표면처리 카본블랙을 함유한 SBR 컴파운드의 가황반응의 빠르기는 KCB-SBR>BCB-SBR>VCB- SBR(무처리)>HCB-SBR의 순으로 나타났다. 일반적으로 가교도를 나타내는 가황곡선상의 최대토오크와 최소토오크의 차이는 VCB-SBR, KCB-SBR, HCB-SBR에 비해 BCB-SBR이 높은 값을 나타내었다. BCB-SBR과 KCB-SBR의 경우 인장특성과 동적기계적 특성이 증진되었다. 표면자유에너지 중 London 비극성 요소와 기계적 특성간에는 비례관계가 있음이 확인되었다.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제23권5호
• /
• pp.241-245
• /
• 2013

입상(대나무)활성탄 상에 나노 $TiO_2$ 결정을 담지 즉 분말코팅 하였다. 이와 같이 $TiO_2$ 담지된 활성탄 복합체의 광촉매 활성도는 자외선 조사를 통한 메틸렌블루 수용액의 분해를 통해 측정하였다. 저온 수열합성법(${\leq}200^{\circ}C$, pH 11)을 통해 광학적 촉매활성도가 높은 $TiO_2$를 활성탄 상에 담지 할 수 있었으며, BET 표면적을 측정하여 계산된 $TiO_2$ 분말의 평균입도는 50 nm 정도였다. 수열처리 과정에서 $TiO_2$가 합성되면서 동시에 활성탄의 표면 공극과 기공 상에 코팅이 이루어졌다. 이러한 수열합성법을 통한 합성은 $TiO_2$의 anatase에서 rutile로의 상전이 시작 온도를 $200^{\circ}C$ 부근으로 낮추는 결과를 가져올 수 있어, 합성온도에 따라 저온에서 순수한 anatase 또는 anatase와 rutile이 혼합된 $TiO_2$ 결정상들을 코팅 시킬 수 있었다.

• Composites Research
• /
• 제32권6호
• /
• pp.327-334
• /
• 2019

층간분리는 복합재 적층판에서 발생하는 특수한 파손 모드이다. 유한요소해석기법을 활용하여 균열 성장방향이 확실히 예측되는 일방향 복합재 적층판의 층간분리 거동과 관련된 많은 수치적 연구가 수행되었다. 반면에 여러 방향으로 적층된 복합재 적층판의 층간분리는 층간 균열 뿐 만 아니라 기지재료 파손 및 섬유 브릿징을 수반하는 층내 균열이 발생한다. 또한 층간 균열과 층내 균열이 불규칙적인 비율로 나타나고 층내 균열도 임의의 각도로 성장한다. 이러한 직교적층 복합재 적층판의 균열 성장 방향에 대한 예측은 확정론적 해석 방법 보다는 확률론적 해석 방법이 유리하다. 본 논문에서는 직교적층 탄소섬유/에폭시 복합재 적층판에 모드 I 하중이 가해질 때 균열 경로를 분석하여 향후 확률론적 해석의 기반 자료로 사용할 수 있는 확률 데이터를 수집하고 분석하였다. 직교이방성 재료의 균열선단에서의 응력장 해석결과를 활용하여 균열 성장 방향을 분석할 수 있는 두 가지 기준을 제안하였다. 제안한 방법을 이용하여 직교적층 탄소섬유/에폭시 복합재 적층판의 균열 성장 방향을 정성적, 정량적으로 분석하고 실험값과 비교분석하였다.