• Composites Research
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• 제23권6호
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• pp.7-13
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• 2010

CNG 차량에서 실사용 중 Type3 복합재료 압력용기의 외부 복합재 층에 결함이 발생된다면, 용기의 구조적 성능 즉, 원래의 설계수명보다 반복수명이 감소되는 현상을 초래할 수 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 복합재 결함을 고려한 복합재료 압력용기의 유한요소 모델링과 해석 기법을 제시하였다. Type3 복합재료 압력용기의 유한요소해석은 자긴처리 공정에서 알루미늄 라이너의 소성 변형으로 인해 경로 의존적 현상을 보이므로, 실사용 중 결함이 발생되는 실제 환경을 고려한 해석에서 결함은 자긴압력 이후에 도입되어야한다. 이러한 상황의 사실적인 시뮬레이션을 위해, 해석의 중간단계에서 결함이 도입되는 유한요소 모델링과 해석 기법이 제시되었으며, 해석결과는 해석의 시작단계에서부터 모델에 초기결함을 내포하는 일반적 유한요소해석과 비교되었다. 제안된 해석 기업은 Type3 복합재료 압력용기의 복합재층 손상에 따른 영향성 평가 및 실사용 중에서의 검사 기준을 마련하는데 효과적으로 사용될 수 있다.

• Elastomers and Composites
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• 제45권3호
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• pp.170-187
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• 2010

열가소성 탄성체(thermoplastic elastomer, TPE)는 학술적 기초 및 응용은 물론이고 산업적, 상업적으로 매우 중요한 유기 소재의 하나이다. TPE는 블록 공중합체뿐만 아니라 많은 다른 고분자분야에서도 중요한 한 영역으로 생각할 수 있다. 가황 고무가 갖고 있는 성질과 열가소성 플라스틱이 보이는 성질을 동시에 갖고 있기 때문이다. 또한 블록과 그라프트 공중합체, 이들 혼합물, 가황 물질에서 비롯된 일련의 성질을 보여주기 때문이다. 이 소재의 중요성은 출판되는 간행물(논문, 특허, 보고서 등)의 수에서도 알 수 있다. 'thermoplastic elastomer'를 키워드로, 열가소성 탄성체의 개념이 들어간 간행물의 숫자를 SciFinderScholar를 이용하여 조사한 결과, 1939년 ~ 2010년 7월 10일 사이에 18,508편에 이르렀으며, 특히 1990년 중반부터 그 숫자가 기하급수적으로 늘었다. 열가소성 플라스틱의 성질과 가교탄성체의 성질을 동시에 갖고 있는 TPE의 영역을 설명할 때 과학적, 기술적, 상업적인 관점을 모두 고려해야 한다. 본 보문에서는 TPE의 역사적인 관점을 먼저 설명하고, 화학적, 구조적 및 모폴러지 연구 동향을 다루고자 한다. 또한 주요 제조법과 현대적 분석 기술을 다룰 것이다. 이어 TPE의 성질과 가공성, 유기소재 사이에서의 입지와 응용에 대해도 분석한 후, 향후의 발전 방향에 대하여 논의하고자 한다.

• Elastomers and Composites
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• 제48권1호
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• pp.55-60
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• 2013

디클로로아세트산의 처리 여부에 따른 무수말레산-그래프트 EPDM (MAH-g-EPDM) 원재료(시험편-R)와 압축 시험편(시험편-C)의 팽윤 거동을 조사하였다. 시험편의 구조적 특징은 핵자기공명분광법(NMR)과 감쇠전반사-후리에변환 적외선분광법(ATR-FTIR)으로 분석하였다. 디클로로아세트산으로 처리하지 않았을 때, 시험편-R의 팽윤비가 시험편-C의 팽윤비보다 2배 정도 컸으며 팽윤과 건조 과정을 반복하여도 팽윤비의 변화는 거의 없었다. 디클로로아세트산으로 처리하였을 때는 1차 팽윤비는 증가하였으나 건조 후 2차 팽윤비는 감소하였다. 시험편-C의 경우, 디클로로아세트산으로 처리하지 않았을 때의 팽윤비와 디클로로아세트산으로 처리한 시험편의 2차 팽윤비는 거의 유사하였다. 하지만, 시험편-R의 경우, 디클로로아세트산으로 처리한 시험편의 2차 팽윤비는 디클로로아세트산으로 처리하지 않았을 때의 팽윤비보다 크게 작았다. 디클로로아세트산으로 처리하였을 때 나타난 팽윤비 변화는 기존 가교점의 분해와 새로운 가교점의 형성으로 설명하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권2호
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• pp.263-271
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• 2005

고인성 시멘트 복합재료(HPFRCC)는 시멘트페이스트 또는 모르타르에 고성능 단섬유를 보강하여 휨모멘트 및 인장력 작용하에서 변위(변형)경화특성 및 다수의 미세균열이 멀티플크랙 특성을 발휘함으로서 높은 인성 및 균열제어성능을 가진 재료로 최근 이들 성능을 활용하여 고성능 보수 보강재, 충격완충재, 강재의 피복재, 지진시 에너지 흡수 디바이스 등 다양한 용도로의 활용이 시도되고 있다. 그러나 이들 HPFRCC의 역학적 성능은 사용되는 섬유의 종류 및 형상에 따라 다르며 마이크로 크랙 및 매크로 크랙에 효과적인 섬유의 치수는 다른 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 마이크로 및 매크로 섬유의 종류, 각 섬유의 혼합조건을 변화시켜 HPFRCC의 압축 및 휨성상을 실험실증적으로 비교 검토함으로서 HPFRCC의 재료설계에 기초자료를 제시하고자 하였다. 그 결과, HPFRCC의 압축 및 휨성상은 사용된 마이크로 섬유의 종류에 따라 큰 차이를 보이고 있으며 PP섬유에 비하여 PVA섬유를 사용한 경우가 우수한 성능을 발현하였다. 또한, 각각의 마이크로 섬유에 매크로 섬유로서 PVA660을 혼합 사용한 경우 PVA200을 제외하고는 초기근열시 휨응력, 최대 휨응력, 변형능력 및 휨터 프니스 등의 휨성능이 향상되었다. 특히 PVA100과 PVA660을 혼합 사용한 경우 가장 우수한 성능을 발현하였으며, 휨시험시 전형적인 변위경화특성 및 멀티플크랙 특성을 나타내었다. 반면, 매크로 섬유로서 SF500을 혼합 사용한 경우의 휨응력-중앙변위 곡선은 기존의 FRCC와 유사한 경향을 보이고 있으며, 휨터프니스는 마이크로 섬유만 단독 사용한 경우에 비해 전반적으로 저하하는 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제34권5호
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• pp.317-322
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• 2021

적층 복합재의 특성상 두께 방향 물성이 취약하여 비틀림, 저속충격, 피로 하중 등 복합 하중을 받게 되면 재료 내부의 미세크랙 진전을 통해 층간분리 현상이 발생하게 된다. 이를 방지하고자 Z-pinning, Stitching 등 다양한 3차원 보강 공법과 구조물의 미세균열을 실시간으로 검출하는 구조 건전성 감시 기법이 꾸준히 연구되고 있다. 본 논문에서는 I-fiber 스티칭 공법으로 보강된 Single-lap joint를 Co-curing 방법으로 제작하였으며, 제작된 시편의 강도 및 파손신호 검출 특성을 평가하였다. 균열과 파손신호 검출을 위하여 전기저항법과 AE법을 사용하였으며, 신호분석을 위한 전용회로를 제작하여 인장시험 중의 파손신호를 분석하였다. 실험결과, I-fiber 스티칭으로 보강된 Single-lap joint 시편은 보강이 없는 Co-cured single-lap joint 시편에 비해 강도가 약 44.6% 향상되었다. 또한, I-fiber로 보강된 Single-lap joint 시편은 강도 향상과 더불어 전기저항법과 AE법에 의한 파손 검출이 모두 가능하므로 파손 모니터링에도 효과적인 구조임을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제32권1호
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• pp.21-28
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• 2019

최근 환경 규제에 의하여 자동차 업계는 차량의 연비를 높이기 위해서 복합소재를 활용한 경량화 연구가 다양하게 진행되고 있다. 하지만 샤시계 부품들은 복합소재를 활용한 경량화 연구가 미진하다. 따라서 본 연구에서는 샤시계 부품 중 서브프레임에 복합재료를 활용하여 스틸 동등 수준의 강성, 강도 그리고 NVH 성능과, 50%의 경량화를 이끌어 내는 것이 목표다. 우선, 복합재료의 Damping 특성을 확인하기 위하여, 스틸과 복합재료 시편을 활용하여 고유 진동수를 1차 비교하였다. 본격적으로 서브프레임 개발에 들어가 강성, 강도를 극대화 할 수 있는 Lay-up Sequence를 제시하였고, 제작과정 중 경화에 의한 열 수축을 피할 수 있는 Lay-up Sequence를 제시하였다. 이 과정은 구조해석을 바탕으로 설계를 하였고, Modal 해석을 바탕으로 고유 진동수와 주파수 응답 그래프를 확인하였다. 설계 안을 바탕으로 프로토 타입 서브프레임을 제작하였고 단품 모달 실험을 통하여 구조해석 설계 안을 검증하였다. 나아가서 실차에 장착하여 공진점 확인 및 아이들링, 로드 노이즈 포함하여 실내 소음 진동 응답 비교를 하였고, 기존 스틸 서브프레임과 동등한 수준의 성능임을 확인하였다. 최종적으로 경량화는 기존 부품 대비 약 50% 무게 경량화 효과를 확인하였다.

• Composites Research
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• 제35권3호
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• pp.147-152
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• 2022

이 논문은 Type 4 압력용기 라이너의 회전 성형 시 내부온도 조건에 따른 저온 특성 평가에 관한 연구이다. 회전 성형의 경우 온도 조건에 따라 라이너의 성형성에 민감한 영향을 주기 때문에 사용 소재인 폴리아미드에 대한 온도 조건을 정확히 설정해야 한다. 라이너 소재인 폴리아미드(Polyamide)의 구조적 변화는 AFM(Atomic Force Microscope)으로 표면을 분석하였으며, DSC(Differential Scanning Calorimeter)로 결정화도를 측정하여 저온에서의 기계적 강도 값에 변화를 줄 것인지를 평가하였다. 또한, 라이너 내부의 황색도를 관찰하여 라이너의 성형성을 확인하였다. 그 결과, 내부온도의 용융 범위가 넓을수록 낮은 황색도를 나타냈으며, 저온에서의 연신율 및 충격 특성은 향상됐다. 또한, AFM과 DSC에 의해 폴리아미드의 구조가 균일하고 높은 결정화도를 가진 것을 확인하였다. 따라서, 이와 같은 실험 결과는 회전 성형 시 온도 조건의 변화가 저온에서의 물성 향상에 기여함을 입증했으며, 향후 기밀성 평가를 통해 실 제품으로의 적용성 검증이 가능할 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제35권5호
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• pp.347-358
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• 2022

탄소섬유 복합소재의 우수성은 이미 여러 산업분야에서 입증되었으며, 조선산업 또한 예외는 아니다. 특히, 해양선진국에서는 탄소섬유 복합소재 선체의 해군과 해경의 특수선박이 이미 실전 배치된 바 있다. 국내에서도 10톤 급 레저선박 혹은 30톤 급 고속정 등에 탄소섬유 복합소재가 적용된 바 있으나, 아직까지 수 백 톤 이상의 경비함급에 대한 연구는 이루어진 바 없다. 본 연구에서는 해외 유사사례 분석을 통해 탄소섬유 복합소재 선체의 500톤 급 경비함에 대한 건조가능성 검토를 수행하였다. 연구결과, 기존 알루미늄 혹은 FRP 선체 대비 약 21%~25%의 경량화가 가능함을 확인할 수 있었으며, 이러한 경량화 효과는 동급 선박보다 최대 운항 속력의 향상과 함께 작전 반경의 향상효과 또한 기대할 수 있는 것으로 시뮬레이션되었다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제10권1호
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• pp.23-29
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• 2022

본 연구는 천연골재 부족사태에 대응하기 위한 방법으로, 콘크리트 구조물에 구조용 골재로서 순환골재의 재활용 가능성을 확인하기 위하여 진행되었다. Tam et al.에 의해 개발된 2단계 배합은 별도의 설비 등의 추가 없이 순환골재 혼입 시멘트 복합체의 역학적 성능을 향상시킬 수 있는 방법으로 알려져 있는데, 본 연구에서는 선행연구에서 확인한 개선된 형태의 2단계 배합방법을 활용하여 순환잔골재 혼입 모르타르 시험체를 제작하고, 이를 통해 배합방법의 차이가 순환잔골재 혼입 고강도 모르타르의 압축강도 및 내화성능에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 실험결과에 따르면 순환잔골재 사용시 일반배합 보다 2단계 배합방법을 활용하는 것이 순환잔골재 혼입 모르타르의 강도발현에 더욱 효과적인 것으로 나타났으며, 600 ℃ 및 900 ℃의 고온에 노출시켜 역학적 성능의 변화를 확인한 결과 2단계 배합을 활용하는 경우 모르타르의 잔존강도가 일반배합을 활용한 모르타르의 잔존강도보다 높게 나타나는 결과를 보였다. 이는 2단계 배합의 적극적 활용을 통해서, 순환잔골재로 고성능 시멘트 복합체의 제조가 가능함을 의미한다.

• Composites Research
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• 제36권6호
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• pp.441-447
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• 2023

최근 경량 소재에 대한 수요 증가로 기존 금속과 복합재간 접합 관심이 지대하다. 리벳팅과 같은 볼트 체결인 기계적 결합의 경우 응력 집중, 균열 및 박리가 발생함에 따라 접착제를 사용한 화학적 결합이 주목받고 있다. 본 논문에서는 접착제의 접합강도 향상을 위해 레이저 및 플라즈마 표면처리를 진행하였으며, 이에 대한 접착특성을 평가하고자 한다. 접합강도 실험을 위해 흔히 자동차용 소재로 사용되는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), CR340(Steel)과 Al6061(Aluminum)을 실험 소재로 선정해 레이저 및 플라즈마 표면처리를 진행 후 단축전단강도를 측정하였다. 플라즈마 표면처리 후 CFRP-CR340 및 CFRP-Al6061 이종소재 시편에서 각각 접합강도가 7.3% 및 39.2% 향상되었다. CR340-Al6061 시편은 레이저 표면처리에서 기준 시편대비 56.2% 증가하였다. 플라즈마 표면처리 후 표면자유에너지(SFE)가 향상되었는데 이는 화학반응 메커니즘을 통해 손상을 최소화해 접합강도 향상을 나타낸 것으로 사료된다. 레이저 표면처리는 물리적 표면처리로 거친 접합 표면 생성으로 인해 mechanical interlocking 효과로 인해 접착 강도가 향상된 것으로 사료된다. 본 연구를 토대로 실제 구조물 파손의 대표적인 원인인 피로파손을 예방하기 위해 장기 피로시험을 진행 할 예정이다.