• Advances in nano research
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• 제13권1호
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• pp.97-111
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• 2022

In the present article, silica nanoparticles (SNPs) were exploited to improve the tribological and mechanical properties of vinyl ester/glass fiber composites. To the best of our knowledge, there hasn't been any prior study on the wear properties of glass fiber reinforced vinyl ester SiO₂ nanocomposites. The wear resistance is a critical concern in many industries which needs to be managed effectively to reduce high costs. To examine the influence of SNPs on the mechanical properties, seven different weight percentages of vinyl ester/nano-silica composites were initially fabricated. Afterward, based on the tensile testing results of the silica nanocomposites, four wt% of SNPs were selected to fabricate a ternary composite composed of vinyl ester/glass fiber/nano-silica using vacuum-assisted resin transfer molding. At the next stage, the tensile, three-point flexural, Charpy impact, and pin-on-disk wear tests were performed on the ternary composites. The fractured surfaces were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) images after conducting previous tests. The most important and interesting result of this study was the development of a nanocomposite that exhibited a 52.2% decrease in the mean coefficient of friction (COF) by augmenting the SNPs, which is beneficial for the fabrication/repair of composite/steel energy pipelines as well as hydraulic and pneumatic pipe systems conveying abrasive materials. Moreover, the weight loss due to wearing the ternary composite containing one wt% of SNPs was significantly reduced by 70%. Such enhanced property of the fabricated nanocomposite may also be an important design factor for marine structures, bridges, and transportation of wind turbine blades.

• Composites Research
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• 제35권2호
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• pp.106-114
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• 2022

탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)은 우수한 비강도 및 비강성으로 인하여 항공산업에서 널리 사용되고 있다. CFRP는 대부분 탄소섬유나 프리프레그를 적층한 구조로 사용되고 있으며, 이러한 구조는 박리가 발생할 수 있다는 치명적인 단점이 있다. 이는 보통 두께방향 섬유의 부재에서 기인한다. 본 연구에서는 탄소섬유가 세 방향으로 직조된 3차원 탄소섬유 프리폼 및 이를 적용한 항공기 날개 단위구조체를 제조하였다. 단위구조체는 항공기 날개의 핵심 요소인 스킨, 스트링거, 리브로 구성되며 수지 이송 성형공정을 이용하여 제조하였다. 압축시험을 통하여 기존의 적층형 구조물과 비교한 결과, 3차원 프리폼은 구조물의 박리예방 뿐만 아니라 강도향상에도 효과적임을 보여 주었으며, 이는 3D 프리폼 구조물이 박리 예방을 필요로 하는 다양한 분야, 특히 항공 분야에서 널리 사용될 수 있음을 의미한다.

• 한국주조공학회지
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• 제43권4호
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• pp.194-200
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• 2023

주조공정에서 주형의 열전달은 주형을 균일한 등방성 재료로 간주하여 계산해 왔지만 실제로 주형은 균일한 등방성 재료가 아니어서 유사한 근사값으로 계산을 행하였으며, 특히 다짐성, 바인더 첨가량등을 고려할 시에는 추정치를 사용하고 있었다. 본 연구에서는 사형 주형의 입자 구조의 관계의 열물성치를 계산하는 연구를 진행하고, 열물성치를 계산할 수 있는 기술을 개발하였다. 입자가 균일한 경우에서 열저항 모델에 근거한 열전도도 및 비열을 계산하는 알고리즘을 개발하고, 이를 모래 크기분포가 있는 사형 주형에 적용하였다. 모래는 인공사를 대상으로 하여 열물성치를 계산하였으며, 실험치와 비교하여 비교적 근사한 값을 얻을 수 있었다.

• Composites Research
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• 제22권2호
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• pp.30-36
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• 2009

본 논문에서는 헬리콥터 착륙장치를 위한 복합재료 토크링크를 개발하기 위한 설계 기법을 제시하였다. 복합재 토크링크는 헬리콥터 착륙장치의 충격흡수부의 정렬을 위해 장착되는 장치로서 가벼우면서도 강성이 커서 외부하중에 대해 최소의 변형량을 가져야 한다. 또 가격적인 측면을 고려한 복합재 구조물 제조 공정(RTM: 수지충전공정)이 반영되어 대량생산이 가능한 구조 및 형태를 가져야 한다. 본 논문에서는 복합재 구조물 제조 공정과 동일한 공정으로 시편을 제작하여 설계에 필요한 기계적 특성을 얻었으며, 유한요소해석을 통하여 복합재 토크링크에 대한 최적 형상설계를 수행하였다. Lug 형태를 가지는 두꺼운 복합재료 구조물인 복합재료 토크링크의 설계를 위해서는 ABAQUS의 3D Layered Solid 요소로 구성된 유한요소모델을 활용하여 복합재료의 두께방향을 포함한 강도해석을 수행하였으며, Rigid-Deform 구속조건의 접촉문제를 고려한 비선형 정적 해석을 반복적으로 수행하여 주어진 정강도 요구조건을 만족시키는 복합재 토크링크를 설계하였다.

• 접착 및 계면
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• 제17권1호
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• pp.15-20
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• 2016

열가소성 섬유강화 복합재료를 위해 사출성형법이 사용되며, 사출품 내부의 섬유 배열이 열가소성 복합재료의 기계적 물성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 탄소섬유/폴리프로필렌(CF/PP, carbon fiber/polypropylene) 복합재료를 사출성형할 때, 금형에 구리선을 붙여 사출품의 상태에 따라 확인되는 전기저항 변화도를 감지하여 사출품 내부의 섬유 배열 상태를 분석하였다. 사출될 때 발생되는 전기저항 변화도를 3가지의 종류로 구분할 수 있었다. 사출될 때 발생되는 금형의 전기저항 변화도 크기가 클수록 인장강도가 높은 CF/PP 성형품을 제조할 수 있었다. 이러한 이유는 CF/PP 성형품 내부의 섬유 배열에 의한 영향임을 접촉각 평가 및 시편의 표면 분석, 인장시편의 파단면 관찰 결과로 확인하였다. 균일한 섬유 배열을 가질 경우 사출 용융액 내부의 섬유가 열을 고르게 가지고 있으며, 금형에 일정한 열을 사출기간 동안 전달하게 되어 금형의 전기저항 변화도가 증가됨을 감지할 수 있었다. 궁극적으로 전기저항 평가방법을 이용하여 CF/PP 복합재료 성형품의 상태를 예측할 수 있었다.

• 대한치과보철학회지
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• 제53권1호
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• pp.19-25
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• 2015

오늘날 치과 분야에서 CAD/CAM (computer-aided design/computer-aided manufacturing)은 인레이나 크라운, 임플란트 등에 광범위하게 사용되고 있으며 총의치로도 그 영역을 넓히고 있다. CAD/CAM을 이용하여 총의치 제작 시 환자의 chair time과 방문 횟수를 줄일 수 있고 이로 인해 총 제작기간의 단축과 비용절감을 노릴 수 있으며 기공과정의 오차 감소를 기대할 수 있다. 최근 CAD/CAM을 이용한 여러 시스템 중 DENTCA$^{TM}$ CAD/CAM denture (DENTCA Inc. Los Angeles, USA)는 무치악 인상체를 스캔한 후 디지털 상에서 의치를 디자인한 뒤 3D 프린팅을 사용하여 시적의치를 제작해 이를 최종의치로 변환하는 기술을 이용하고 있다. 이로 인해 최적의 경우 2~3번의 내원으로 의치 장착이 가능하며 정확한 의치적합도를 기대할 수 있다. 본 증례의 환자는 71세 남자로, 기존 의치를 장기간 착용하여 재제작 상담을 위해 내원하였으며 예후가 불량한 잔존 치아와 치근을 발거하고 기존 하악의치를 수정하여 2달 간 사용한 뒤, 치료를 시작하였다. DENTCA에서 제공하는 알맞은 크기의 기성 트레이를 선택하여 one-step border molding을 시행한 후, wash impression을 채득하였다. 기존의치의 수직고경을 바탕으로 고딕 아치 트레이싱을 시행한 후 결정된 중심위로 상하악 트레이를 고정하고 교합인기를 시행하였다. DENTCA에서 이를 스캔하여 인공치 배열 및 festooning을 시행하고 3D 프린팅을 이용해 시적의치를 제작하였다. 환자 구강 내에 시적하고 교합평면 및 교합관계를 평가한 뒤 다시 교합인기를 시행하였으며, 이를 바탕으로 최종의치로 변환하였다. 양측성 균형교합을 형성하기 위해 안궁 이전을 이용하여 임상적 재부착 후 교합조정을 시행하였으며 이로 인해 양호한 결과를 얻었기에 보고하는 바이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.468-476
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• 2019

본 연구는 전술차량에 적용된 FRP 구조물의 품질문제 해소 및 예방을 위한 강도개선 방안에 대한 것이다. 소형전술차량은 후드조립체와 후방밴 조립체 등에 FRP 소재를 적용하여 전체적인 차량의 여유중량(공차중량)을 확보하였다. 그러나 FRP가 갖는 태생적인 한계로 인해 접합부 균열과 같은 초기 품질문제가 다수 발생되었다. 더구나, 후드조립체는 개발 시 고려한 조건과 다른 비정상적인 조건으로 운용됨을 확인하였다. 이러한 비정상적인 조건으로 장기간 장비 운용 시 해당 부품의 내구수명 저하가 우려되었다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 FRP 구조물의 문제점에 대한 개선과 운용개념 변화에 따른 설계 안전율 추가 확보를 위한 굴곡강도 향상을 목표로 적층구조 최적화를 수행하였다. 그 결과, 접합부는 FRP 소재 적층수를 증가시킴으로써 후드조립체와 후방밴 조립체의 굴곡강도가 각각 8.1배, 1.5배 개선되었다. 또한, 후드조립체의 모재 부위는 FRP 적층구조 최적화를 통해 굴곡강도 1.4배 향상시켰으며, 그 결과 비정상 운용조건에 대한 내구수명 확보 및 한계하중 1.7배 개선효과를 확인하였다.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.1-15
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• 2023

미래모빌리티의 발전 기대에 따라 에너지 소비 절감에 대한 수요가 증가하고 있다. 경량구조용소재는 온실가스 배출 감소 및 에너지 효율 향상을 위한 방안으로 알려져 있다. 특히, 섬유강화복합재료(FRP, fiber reinforced polymer composite)는 뛰어난 기계적 특성 및 낮은 무게로 인해 기존 합금을 대체할 수 있는 소재로 주목받는다. 본 논문에서는, 탄소섬유강화복합재료(CFRP, carbon FRP) 및 자기강화복합재료(SRC, self-reinforced composite)의 산업 적용 및 연구 동향을 강화재, 고분자 매트릭스 및 공정에 기반하여 검토하였다. 항공분야에서 주로 활용되는 에폭시 수지 기반 오토클레이브 공법의 높은 공정단가 및 긴 제조시간을 극복하기 위하여, 속경화성 에폭시 수지를 이용한 고압수지이송성형 공정으로 CFRP가 적용된 전기자동차의 양산을 보고하였다. 또한, 탄소섬유복합재료의 재활용 이슈를 해결하기 위한 열가소성 수지 기반 CFRP 및 계면 향상 방안들이 재료 및 공정 측면에서 검토되었다. FRP의 우수한 기계적 특성을 유도하는 주요한 요인으로 알려진 완벽한 매트릭스-강화재 계면을 형성하기 위하여, 고분자 섬유에 동일한 매트릭스를 함침시킨 SRC에 대한 연구들이 보고되고 있다. 다양한 열가소성 고분자에 기초한 SRC의 물리적 및 기계적 특성들을 고분자 배향 및 복합재료 구조 측면에서 검토하였다. 또한, 고연 신 폴리프로필렌 섬유 기반 SRC의 공정창 확장을 위한 공중합체 매트릭스 전략이 논의되었다. 경량구조용소재의 CFRP 및 SRC 적용은 미래모빌리티의 에너지 효율 향상에 대한 잠재적인 선택을 제공할 수 있다.