다양한 산업군에서 복합재료를 적용한 제품개발을 진행하고 있는 상황이며, 재활용이 가능한 장점으로 인해 열가소성 복합재료에 대한 개발이 활발하다. 장섬유 강화 열가소성 플라스틱(Long fiber thermoplastic, LFT)의 형태도 있지만, 연속섬유를 이용한 열가소성 복합재료(Continuous fiber thermoplastic, CFT)에 대한 활용도 증가하고 있다. 본 연구에서는 CFT를 제작할 때 사용되는 강화섬유의 제직 패턴에 따른 영향으로 CFT의 인장, 굴곡, 충격 강도의 변화를 확인하고자 하였다. 복합재료의 물성이 강화섬유의 제직 패턴에 의해 달라지는 원인을 기계적인 물성으로도 평가하였고, CT 촬영기법을 이용하여 내부 기공발생과 섬유 제직패턴과의 상관관계를 분석하였다. CFT의 경우 열가소성 필름이 섬유 로빙 내로 함침되는 수준이 낮기 때문에, 공극의 발생률이 높은 문제가 있다. 섬유 로빙과 로빙사이의 계면이 $100{\mu}m$ 수준으로 조밀하게 형성될 수 있는 평직 섬유 패턴이 CFT의 성형성 및 기계적 물성을 안정화시키는 강화섬유의 조직임을 검증하였다.
열가소성 복합재료를 적용하여 자동차 도어 임팩트 빔을 설계하고 시생산을 통해 생산성 및 성능을 검증하였다. 자동차 안전법규는 지속적으로 강화되어 왔으며 최근 자동차 산업에서 경량화가 필수 요건이 되면서 고성능 경량 부품에 대한 요구가 크게 증대되고 있다. 본 연구는 섬유강화 열가소성 복합소재를 도입하여 기존 탄소강 제품 대비 경량화 되면서 성능은 향상된 도어 임팩트 빔 개발을 목표로 하였다. 연속섬유 복합재료와 장섬유 복합재료(LFT)를 혼합 적용한 도어 임팩트 빔 제작 공정을 제시하며, 생산성이 우수한 인서트 사출 공정을 활용하여 구현하였다. 시생산된 도어 임팩트 빔은 3점 굽힘 시험을 통하여 성능을 평가하였다. 열가소성 복합재료는 경량화 설계와 함께 높은 생산성 구현이 가능하여 다양한 자동차 부품으로 복합소재의 적용을 확대시킬 것이다.
Effects of process variables were evaluated in physical properties of the wood fiber-thermoplastic fiber composites using nonwoven web method. Turbulent air mixer using compressed air was employed to mix wood fiber with two types of thermoplastic polypropylene and nylon 6 fibers. The optimal hot press temperature and time were found to be $190^{\circ}C$ and 9 minutes in wood fiber-polypropylene fiber composite and to be $220^{\circ}C$ and 9 minutes in wood fiber-nylon 6 fiber composite. As the density of wood fiber-polypropylene fiber composite and wood fiber-nylon 6 fiber composite increased, the physical properties were improved The density appeared to be the most significant factor on physical properties in the statistical analysis. The composition ratio of polypropylene or nylon 6 fiber to wood fiber was considered not to be statistically significant factor. The thickness swelling decreased somewhat in wood fiber-polypropylene fiber composite and wood fiber-nylon 6 fiber composite as the content of synthetic fiber increased. As the increase of mat moisture content, dimensional stability was improved in wood fiber-polypropylene fiber composite but not in wood fiber-nylon 6 fiber composite.
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.
본 연구에서는 동일한 열가소성 수지(PEEK)와 각기 다른 탄소섬유(Type A, Type B) UD 테이프를 이용하여 열가소성 복합재를 제작하고 제작된 각각 2개의 복합재를 유도가열 용접방식에 따라 접합 특성 및 기계적 특성에 대하여 고찰하였다. 복합재의 접합 특성과 기계적 특성은 비파괴검사인 C-Scan, B-Scan과 전단 강도(Single lap shear)를 각각 측정하였고, 열화상 카메라를 이용하여 시편 표면의 온도를 모니터링 하였다.
In recent years, the use of natural fiber as reinforcement in polymer composites to replace synthetic fiber such as glass fiber is receiving increasing attention. Because of increasing usage according to the high demand, the cost of thermoplastic has increased rapidly over the past decades. We used a thermoplastic polymer(polypropylene) as the matrix and a lignocellulosic material(rice-husk flour) as the reinforcement filler to prepare a particle-reinforced composite to examine the possibility of using lignocellulosic material as reinforcement filler and to determine data of test results for physical, mechanical and morphological properties of the composite according to the reinforcement filler content in respect to thermoplastic polymer, In this study, PLA/PP rice-husk fiber-reinforced thermoplastic composites that made by the hot press molding method according to appropriate manufacturing process was evaluated as mechanical properties.
The objective of this work was to characterize mechanical properties of thermoplastic composites for various forming condition in compression molding. Randomly oriented long glass fiber reinforced polypropylene(PP) was used in the work. The composite materials contained 20%, 30%, and 40% glass fiber by weight. Compression molding was conducted to make the test specimen. Dimensional stability was measured on each forming condition with the spring-forward angle. Tensile test was conducted to characterize mechanical properties of formed parts in various forming conditions.
This study was performed to investigate the material behavior of hybrid thermoplastic composites contained glass fiber and calcium carbonate. The composite was prepared with each combination ratio of calcium carbonate, and the content of glass fiber was fixed with 10% by weight. In order to investigate the material behavior for various combination ratio, tension test, flexural test, and impact test were performed. Microscopic observation were conducted to examine the fractured surface of specimen for tension test. And the material behavior of the hybrid thermoplastic composite immersed in salt water with definite time was investigated.
This research was carried out to evaluate the effect of process variables on mechanical properties of the wood fiber-thermoplastic fiber composites by turbulent air mixing method. The turbulent air mixer used in this experiment was specially designed in order to mix wood fiber and thermoplastic polypropylene or nylon 6 fiber, and was highly efficient in the mixing of relatively short plastic fiber and wood fiber in a short time without any trouble. The adequate hot - pressing temperature and time in our experimental condition were $190^{\circ}C$ and 9 minutes in 90% wood fiber - 10% polypropylene fiber composite and $220^{\circ}C$ and 9 minutes in 90% wood fiber 10% nylon 6 fiber composite. Both in the wood fiber - polypropylene fiber composite and wood fiber- nylon 6 fiber composite, the mechanical properties improved with the increase of density. Statistically, the density of composite appeared to function as the most significant factor in mechanical properties. Within the 5~15% composition ratios of polypropylene or nylon 6 fiber to wood fiber, the composition ratio showed no significant effect on the mechanical properties. Bending and tensile strength of composite, however, slightly increased with the increase of synthetic fiber content. The increase of mat moisture content showed no significant improvement of mechanical properties both in wood fiber - polypropylene fiber composite and wood fiber nylon 6 fiber composite. Wood fiber - nylon 6 fiber composite was superior in th mechanical strength to wood fiber-polypropylene fiber composite, which may be related to higher melt flow index of nylon 6 fiber(22g/10min) than of polypropylene fiber(4.3g/10min).
본 연구에서는 자동 섬유 적층(AFP) 장비로 제작한 열가소성 복합재에 대하여 추가 공정을 수행한 후 기계적 물성에 미치는 영향을 평가하였다. 제작을 위한 기초 연구로써 AFP의 공정 변수를 통해 열가소성 복합재를 제작하였으며 제작된 열가소성 복합재에 어닐링(Annealing) 및 진공백(Vacuum bag only) 공정을 수행하였다. 추가 공정 후 검증을 위해 결정화도 및 기공률 측정을 수행하였다. 결정화도는 시차 주사 열량 측정법(Differential scanning calorimetry)을 통해 측정하였으며 반 결정 구조인 열가소성 복합재의 공정 조건에 따른 결정화도 변화를 확인하였다. 기공률 측정을 위해 수지 용해를 수행하였으며 현미경 촬영을 통해 기공 분포를 확인하고 수지 용해법을 통해 기공률을 계산하여 공정 조건에 따른 기공률 변화를 관찰하였다. 검증 후 수행한 층간 전단 강도 시험 결과 AFP로 제작한 열가소성 복합재의 경우 결정화도 보다 기공률 값이 기계적 물성에 더 많은 영향을 미쳤다. 또한 진공백 공정을 통해 열가소성 복합재를 녹는점까지 도달시켰으며 진공상태에서 지속적으로 열가소성 복합재 내의 기공을 제거함에 따라 층간 전단 강도가 증가하는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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