• Steel and Composite Structures
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• 제30권1호
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• pp.1-12
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• 2019

In this research, an efficient mixed mode I/II fracture criterion is developed for fracture investigation of orthotropic materials wherein crack is placed along the fibers. This criterion is developed based on extension of well-known Maximum Tensile Stress (MTS) criterion in conjunction with a novel material model titled as Equivalent Reinforced Isotropic Model (ERIM). In this model, orthotropic material is replaced with an isotropic matrix reinforced with fibers. A comparison between available experimental observations and theoretical estimation implies on capability of developed criterion for predicting both crack propagation direction and fracture instance, wherein the achieved fracture limit curves are also compatible with fracture mechanism of orthotic materials. It is also shown that unlike isotropic materials, fracture toughness of orthotic materials in mode $I(K)_{IC}{\mid})$ cannot be introduced as the maximum load bearing capacity and thus new fracture mechanics property, named here as maximum orthotropic fracture toughness in mode $I(K_{IC}{\mid}^{ortho}_{max})$ is defined. Optimum angle between crack and fiber direction for maximum load bearing in orthotropic materials is also defined.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권2호
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• pp.237-247
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• 2024

Research on interfacial crack formation in orthotropic bi-materials has experienced a notable increase in recent years, driven by growing concerns about structural integrity and reliability. The existence of a crack at the interface of bi-materials has a substantial impact on mechanical strength and can ultimately lead to fracture. The primary objective of this article is to introduce a comprehensive analytical model and establish stress relationships for investigating interfacial crack between two non-identical orthotropic materials with desired crack-fiber angles. In this paper, we present the application of the Interfacial Maximum Tangential Stress (IMTS) criterion, in combination with the Reinforcement Isotropic Solid (RIS) model, to investigate the behavior of interfacial cracks in orthotropic bi-materials under mixed-mode I/II loading conditions. We analytically characterize the stress state at the interfacial crack tip using both Stress Intensity Factors (SIFs) and the T-stress term. Orthotropic materials, due to their anisotropic nature, can exhibit complex crack tip stress fields, making it challenging to predict crack initiation behavior. The secondary objective of this study is to employ the IMTS criterion to predict the crack initiation angle and explore the notable impact of the T-stress term on fracture behavior. Furthermore, we validate the effectiveness of our approach in evaluating Fracture Limit Curves (FLCs) for interfacial cracks in orthotropic bi-materials by comparing our FLCs with relevant experimental data from existing literature.

• 감성과학
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• 제20권2호
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• pp.117-126
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• 2017

본 연구에서는 직/편물 8종을 대상으로 이들 수직방향과 수평방향 수분이동특성 측정방법에 따른 소재들의 수분이동 특성을 분석하였다. 또한, 8종의 시편의 MMT에 의한 건조특성을 수직 건조 측정 결과와 비교하여 논의하였다. 수평수분이동 방법인 MMT 시험 결과는 수직법인 바이렉 방법의 결과와 유사한 거동을 나타내었다. 대나무, 린넨 및 면/나일론 복합 소재는 드롭법의 흡수시간은 짧았으며, 표면의 낮은 접촉각 및 직물의 높은 다공성에 기인한 것으로 판단되며, 친수성 스테이플 섬유의 구조와 상관이 있을 것으로 보인다. MMT에 의한 건조특성은 니트 및 대나무 직물의 최대 흡수반경이 가장 우수했으며, 수식 건조법에 비해 차이를 나타내었다. MMT 방법의 건조속도는 직물의 두께와 포화수분 흡수율과 높은 상관성을 가졌으며, 회귀계수는 각각 0.9와 0.88이었다. 이는 직물의 두께가 얇을수록 위킹 및 건조특성이 우수하며, 기능성 소재기획시 착용 내구성을 판단하는데 중요함을 의미한다. 또한 상이한 섬유소재, 실 및 구조의 소재에 대한 수분이동특성(위킹, 건조)는 측정 방법에 따라 다른 결과를 나타내었다.

• Composites Research
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• 제31권2호
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• pp.57-62
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• 2018

순수한 유리섬유와 두 가지 사이징제가 코팅된 유리섬유/폴리디사이클로펜타디엔(p-DCPD) 복합재료의 계면물성 및 상온($25^{\circ}C$)과 저온($-20^{\circ}C$)에서의 기계적 물성을 평가하였다. 섬유의 사이징제를 용출하기 위하여 아세톤을 이용하였고, 용액을 건조 후 각각의 용출물에 대하여 적외선 분광 분석을 통해 비교하였다. 동적접촉각 측정을 통하여 섬유와 p-DCPD의 표면에너지를 분석하였고 이를 통하여 접착일을 계산하였다. 서로 다른 유리섬유의 기계적 물성을 알아보기 위하여 단섬유 인장실험을 진행하였고, 단섬유와 p-DCPD의 계면적 물성을 알아보기 위하여 반복인장하중실험을 진행하였다. 상온 및 저온에서의 기계적 물성을 알아보기 위하여 인장, 굴곡, 아이조드 충격실험을 진행하였다. 실험결과 표면의 인자에 따라 계면 및 기계적 물성이 달라지는 것을 볼 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제25권2호
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• pp.35-39
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• 2018

광결합 효율(Fiber coupling efficiency)을 개선하기 위해서는 Laser diode에서 넓은 각도로 방출된 빛을 광섬유의 중심(Core) 부분으로 모아주는 집광렌즈(Collimating lens)가 필수적이다. 현재 사용되는 집광렌즈는 형틀(Mold)을 이용한 글래스 몰드(Glass mold) 공법이 널리 사용되고 있다. 이 방식은 생산단가가 저렴하지만, 정교한 성형이 어렵고 구면수차와 같은 품질문제가 있다. 본 연구는 기존의 글래스 몰드 공법을 반도체 공정으로 대체함으로써 표면 가공의 정밀도를 높이고, 렌즈의 재질 또한 반도체 공정에 적합한 실리콘으로 변경하였다. 반도체공정은 PR을 이용한 포토리소그래피(Photolithography) 공정과 플라즈마를 이용한 건식 식각(Dry etching) 공정으로 구성된다. 광결합 효율은 실리콘 렌즈의 광학적 특성을 평가하기 위해 초정밀 정렬 시스템을 사용하여 측정되었다. 그 결과, 렌즈 직경 $220{\mu}m$ 일 때의 최대 광결합 효율은 50%로 측정되었고, 렌즈 직경 $210-240{\mu}m$ 범위에서는 최고 광결합 효율 대비 5% 이하의 광결합 특성저하를 보여줌을 확인하였다.

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

• 한국염색가공학회지
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• 제5권4호
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• pp.29-41
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• 1993

In order to surface Hydrophobilization of Poly(ethylene terephthalate) (PET) fiber samples were treated in the atmosphere of CF$_{4}$ or $C_{2}$F$_{6}$glow discharge. The sample used in this study was PET film which is 75$\mu$m thick made by Teijin, O-Type(Japan). The cleaned samples were placed in plasma reactor made of pyrex glass cylinder, and plasma processing was carried out by glow discharge of CF$_{4}$ or $C_{2}$F$_{6}$ gas, being continuously fed by gas flow and continuously pumped out by a vacuum system. Electric power source for generate plasma state was sustained alternating current(60Hz) and voltage was sustained 600 volt. The duration of plasma treatment varied from 15 to 120 seconds except special case, the monomer gase pressure varied from 0.02 to 0.3 Torr and power range was 10 to 90 watts. The hydrophobic features of changed PET surface were evaluated by contact angle measurement and surface chemical characteristics were analyzed by ESCA. Results can be summerized as follows. 1. The most favorable setting position of substrate was the center area between the two electrodes. 2. $C_{2}$F$_{6}$ discharge current was lower than that of CF$_{4}$ when same voltage was sustained. Treated efficiency between CF$_{4}$ and $C_{2}$F$_{6}$ did not revealed significant differences under same electric power(wattage). 3. When monomer pressure is very low below 0.02 torr, as though substrate is exposed to CF$_{4}$ or $C_{2}$F$_{6}$ plasma, it tend to be hydrophilic through a little of fluorine bond and a great deal of oxidizing reaction. 4. There brought good hydrophobilization when monomer pressure was more 0.1 torr and duration of glow discharge treatment was over 45 seconds. When monomer pressure was too high, discharge current became low. Although prolong the duration, there was no more high hydrophobilization. 5. According to ESCA analysis, there were a little CF bond and a prevailing CF$_{2}$ bond in CF$_{4}$-treated substrate. There were CF$_{3}$, a little CF and a prevailing CF$_{2}$ bond in $C_{2}$F$_{6}$-treated substrate.d substrate.

• Fibers and Polymers
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• 제6권1호
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• pp.19-27
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• 2005

High-speed melt spinning of syndiotactic polystyrene was carried out using high and low molecular weight poly­mers, HM s-PS and LM s-PS, at the throughput rates of 3 and 6 g/min. The effect of take-up velocity on the structure and properties of as-spun fibers was investigated. Wide angle X-ray diffraction (WAXD) patterns of the as-spun fibers revealed that the orientation-induced crystallization started to occur at the take-up velocities of 2-3 km/min. The crystal modification was a-form. Birefringence of as-spun fibers showed negative value, and the absolute value of birefringence increased with an increase in the take-up velocity. The cold crystallization temperature analyzed through the differential scanning calorimetry (OSC) decreased with an increase in the take-up velocity in the low speed region, whereas as the melting temperature increased after the on-set of orientation-induced crystallization. It was found that the fiber structure development proceeded from lower take-up velocities when the spinning conditions of higher molecular weight and lower throughput rate were adopted. The highest tensile modulus of 6.5 GPa was obtained for the fibers prepared at the spinning conditions of LM s-PS, 6 g/min and 5 km/min, whereas the highest tensile strength of 160 MPa was obtained for the HM s-PS fibers at the take-up velocity of 2 km/min. Elongation at break of as-spun fibers showed an abrupt increase, which was regarded as the brittle-duc­tile transition, in the low speed region, and subsequently decreased with an increase in the take-up velocity. There was a uni­versal relation between the thermal and mechanical properties of as-spun fibers and the birefringence of as-spun fibers when the fibers were still amorphous. The orientation-induced crystallization was found to start when the birefringence reached -0.02. After the starting of the orientation-induced crystallization, thermal and mechanical properties of as-spun fibers with similar level of birefringence varied significantly depending on the processing conditions.

• 멤브레인
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• 제27권1호
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• pp.60-67
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• 2017

최근 전 세계적으로 급속한 도시화, 인구증가 및 기후변화에 따른 물의 수요와 공급의 불균형으로 인해 물 산업의 경제, 사회, 환경적 중요성은 더욱 증가하고 있다. 이러한 물 산업은 크게 해당 분야에 따라 사용되는 분리막의 종류가 상이하다. 주로 물리적, 화학적 안정성이 매우 우수한 고분자 소재가 사용되고 있으나, 이들 고분자들의 소수성인 성질 때문에 친수성을 부여하는 다양한 방법들이 소개되고 있다. 본 연구에서는 상용화되어 있는 중공사 지지체에 총 4종류의 친수성 고분자들을 도입하여 친수성을 부여하였고, 주사전자현미경을 통해 코팅된 중공사 지지체의 모폴로지를 확인하였다. 또한, 각 고분자들로 코팅한 중공사 지지체의 친수화 정도를 알아보기 위해 접촉각을 측정하였고, 마지막으로 코팅 시간에 따른 수투과도 변화 그리고 친수성 고분자에 따라 수투과도에 미치는 영향을 확인하였다. 그 결과 Pluronic 1 wt%로 코팅하였을 때 친수화 정도가 우수하며 중공사의 기공을 막지 않고 우수한 수투과도 정도를 나타내 수처리 분리막으로 가장 적절하다는 결론을 얻을 수 있었다.

• 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.