• 콘크리트학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.717-726
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• 2007

일반 강도의 철근을 고강도콘크리트 구조물에 사용하는 경우, 고강도콘크리트의 취성을 보완하고 그 성능을 십분 활용하기 위해서는 많은 양의 철근이 요구된다. 이는 곧 철근의 과밀 배근이나 자중의 증가와 같은 구조, 시공상의 문제를 야기할 수 있다. 따라서 고강도콘크리트 부재에 적합한 새로운 보강 재료 혹은 공법이 필요한 것이다. 이에 본 연구에서는 100 MPa의 고강도콘크리트를 사용하여 4개의 실물크기 보 시험체를 제작하고, 전단보강재를 달리하여 전단 거동에 대한 효과를 관찰하기 위해 실험을 수행하였다. 4개의 시험체는 각각 일반 철근, 고장력 철근, 헤디드 바, CFRP 바를 전단 스터럽으로 사용하였으며, 이 중 2개의 시험체에는 강섬유를 콘크리트에 혼입하여 그 효과를 관찰하였다. 고장력 철근의 사용은 전단철근에 의한 전단력과 부착력의 증가로 인해 전반적인 전단 성능의 향상을 가져왔다. 헤디드 바로 전단 보강된 부재의 경우에도 헤디드 바의 상당히 높은 정착강도로 인해서 우수한 전단 거동을 보였다. 하지만 본 실험에서 사용된 CFRP 바의 경우, 부착력이 매우 떨어져 전단보강재로서 적합하지 못한 것으로 나타났다. 강섬유 보강 콘크리트를 통해 부재의 연성 및 균열 제어 능력이 향상되었다.

• 공업화학
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• 제8권3호
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• pp.489-501
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• 1997

일정한 전류하에서 내방사선성이 우수한 2-vinylnaphthalene(2-VN)과 methylmethacrylate(MMA)의 전기중합을 탄소섬유 표면 위에서 실시하였다. 단량체의 용해도 증대를 위해 N,N-dimethylformamide(DMF)를 용매로 사용하고, 질산나트륨을 전해질로 하여 전기중합을 실시하였다. 탄소섬유-2VN/MMA의 프리프레그 제조는 1:1 비율의 공단량체 용액 조성하에서 실시되었다. 본 전기중합 실험에서는 전류 밀도, 공단량체 농도, 전해질 농도와 반응시간에 따라 탄소섬유 표면에서 얻어지는 수율을 열중량분석기(TGA)로 측정하였다. 600~800mA/g 전류밀도에서 50wt%의 최대 수율을 얻을 수 있었으며, 800mA/g 이상에서는 수율이 급격히 감소하였다. 농도에 따라 수율이 증가하였지만 전해질 농도에는 영향이 없었다. 초기반응시간 약 30분 동안에 20wt%의 빠른 수율증가가 관찰되었다. 최대 수율을 얻을 수 있는 최적 조건하에서 제조된 프리프레그를 이용하여 탄소섬유 복합재료를 제조하였으며 $^{60}Co$ $\gamma$-ray 조사 전후의 표면형태학적 변화를 통해 내방사선성을 조사하였다.

• 공업화학
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• 제17권1호
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• pp.16-21
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• 2006

본 연구에서는 폴리아닐린(PANI)을 제조하여 큰 분자량의 유기산인 10-camphor sulfonic acid (CSA) 또는 dodecylbenzene sulfonic acid (DBSA)로 도핑시키고, polyethylene oxide (PEO)와 함께 블렌딩하여 전기방사 용액을 제조하였다. 제조된 용액을 전기방사하여 섬유형태로 만든 후, TGA와 전기화학 장치(cyclic voltammetry; CV)로 열적, 전기적 성질을 CSA 또는 DBSA로 도핑된 PANI의 함량에 따라 비교, 분석하였다. 본 실험 결과, PANI-CSA와 PANI-DBSA의 함량이 증가함에 따라 열분해 개시온도는 감소하지만 열안정성 지수와 적분 열분해 진행온도가 증가하는 것으로 보아 열안정성은 증가하는 것으로 판단된다. 또한, 전기전도도는 PANI-CSA와 PANI-DBSA의 함량이 증가함에 따라 증가하였으나 30% 이상이 되면 전도도가 일정해지는 것으로 나타났다. 순환전류젼압 곡선 결과, PANI/CSA는 PANI-DBSA 보다 피크가 좀 더 명확해지며, 전류밀도가 크게 나타났다. 이는 PANI/CSA가 약간 더 높은 전기전도도와 전하가 이동하기 쉬운 모폴로지를 가지고 있기 때문인 것으로 판단된다.

• 전기화학회지
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• 제10권4호
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• pp.306-310
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• 2007

고분자연료전지에 사용되는 다공성 매체인 기체확산층은 그 특성에 따라 원활한 기체의 확산과 물 배출을 결정지으며 그 결과 연료전지 성능과 내구성에까지 영향을 미친다. 최적의 물관리와 기체확산층 내에서의 이상(two phase) 유동이해를 위해서는 실제 체결 조건에서의 기체확산층의 성질을 아는 것이 중요하다. 이에 대해 물리적, 전기화학적, 기계적 성질을 알기 위한 실험 등이 수행되어져 왔다. 하지만 실제 스택의 체결 조건에서 기체확산층의 표면 화학적 변화에 대한 실험은 그다지 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 단순한 체결 과정만으로도 기체확산층에 대한 물리화학적인 변화를 야기할 수 있음을 확인하였으며, 기체확산층을 구성하는 탄소 섬유 및 PTFE의 손상과 변형을 전자주사현미경으로 직접 관찰할 수 있었다. 관찰된 물리적 손상이 표면의 소수성 변화에 미치는 영향을 알아보기 위해 표면 원소성분 분석과 농도가 다른 에탄올 수용액 흡수량 측정을 수행하였다. 그 결과 체결압에 의해서 분리판의 rib 전단 및 아래에서 심한 파손이 일어나며, 탄소 섬유의 끊어짐 및 섬유 사이에 존재하는 탄소 파우더 역시 심하게 눌린 현상을 관찰할 수 있었다. 체결과정을 경험한 기체확산층에 대한 liquid uptake양을 확인한 결과, 표면 PTFE 함량의 상대적 감소가 기체확산층의 표면을 소수성에서 친수성으로 변화시켰음을 직접적으로 확인하였다.

• Composites Research
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• 제34권4호
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• pp.241-248
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• 2021

전기자동차 시장이 성장함에 따라 배터리 효율을 증가시키기 위해 차량 경량화 이슈가 대두되고 있다. 이에 전기자동차 배터리 모듈을 보호하는 배터리 모듈 커버를 기존 알루미늄 소재에서 알루미늄 대비 절반 수준의 무게를 가지는 고강도/고내열성 고분자 복합소재로 대체하고자 한다. 또한 복잡한 형상에 대한 제약이 없고, 다품종 소량생산에 유리한 3D 프린팅 기술을 접목하여 기술 변화가 빠른 초기 전기자동차 시장에 대응하고자 한다. 복합소재 역학에 기반하여 압출기를 통해 가공한 단섬유 GF(glass fiber)/PC(polycarbonate) 복합소재 내 유리섬유의 임계길이(critical length)가 453.87 ㎛임을 도출하였고, 사이드 피딩(side feeding) 방식의 가공법을 택함으로써 기존 365.87 ㎛이었던 잔류섬유길이를 향상시킴과 동시에 분산성을 향상시켰다. 이에 30 wt%의 GF가 함유된 GF/PC 복합소재로 인장강도(tensile strength) 135 MPa, 탄성계수(Young's modulus) 7.8 MPa의 최적의 물성을 구현하였다. 또한 3D 프린팅 필라멘트가 상용 필라멘트 규격인 두께 1.75 mm, 표준편차 0.05 mm를 만족하기 위해서 필라멘트 압출 조건(온도, 압출속도)을 최적화하였다. 제작된 필라멘트를 통해 기공률을 최소화하며 강도를 최대화하고, 동시에 생산성 향상을 위해 프린팅 속도를 최대화하는 다중 최적화 문제를 통해 3D 프린팅 공정조건(온도, 프린팅 속도)을 최적화하였고, 이로써 기존 상용화 되어있는 동일 소재 필라멘트 대비 인장강도 11%, 탄성계수 56%가 향상된 결과를 얻었으며, 출력물의 후처리(post-process)를 통해 후처리 전 대비 인장강도 5%, 탄성계수 18%를 추가로 향상시켰다. 끝으로 유한요소해석(finite element analysis, FEA) 기법을 활용하여 전기자동차 배터리 모듈 커버의 시험 규격(ISO-12405)의 Mechanical Shock test의 기준을 만족하도록 배터리 모듈 커버의 구조를 최적화하였고, 이로써 배터리 커버 시험규격을 만족하면서 동시에 알루미늄을 사용했을 때 대비 37%의 경량화를 달성하였다. 해당 연구 결과 및 연구 방법을 활용하여 향후 다양한 분야에 고분자 복합소재 3D 프린팅 기술이 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 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.

• 공업화학
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• 제18권3호
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• pp.205-212
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• 2007

본 연구는 polyacrylonitrile (PAN)를 dimethyl formamide (DMF)에 용해시켜 전압조건을 8~20 kV, PAN 농도조건을 5~15 wt%, 그리고 tip-to-collector distance (TCD)를 15 cm로 다양한 조건에서 전기방사를 실시하였다. 나노섬유는 $250^{\circ}C$에서 1 h 동안 안정화시켰으며, $800{\sim}1000^{\circ}C$에서 1 h 동안 탄화시켰다. 안정화와 탄화 전후의 나노섬유의 구조 특성은 FT-IR 장비를 이용하여 연구하였으며 나노섬유의 직경분포와 모폴로지 특성을 알기 위해서 SEM 분석장비를 이용하였다. 나노섬유웹의 전기화학적 특성은 순환전류 전압곡선 특성 실험을 통해 고찰하였다. 실험 결과로부터 전기방사한 나노섬유의 직경의 크기는 일반적으로 방사용액의 농도와 인가전압에 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었으며 섬유의 평균 직경은 고분자의 농도 10 wt% 이상 증가함에 따라 감소하며 15 kV의 전압과 15 cm의 TCD 조건에서 섬유의 직경분포가 균일하고 평균직경이 작은 것으로 나타났다.

• 접착 및 계면
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• 제11권1호
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• pp.15-25
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• 2010

본 연구에서는 레이온직물에 대하여 $180^{\circ}C$ 및 $200^{\circ}C$의 비교적 낮은 온도영역에서 장시간 동안 등온 안정화공정을 수행하였다. 등온 안정화공정 전과 후의 변화된 레이온직물의 중량감소율, 치수변화율, X-선 회절, 그리고 전자현미경을 사용하여 섬유 형태를 관찰한 결과, 레이온 프리커서 섬유의 화학적, 물리적 변화는 $200^{\circ}C$ 이하의 안정화온도에서도 지속적이면서 서서히 진행되는 것으로 확인되었다. 그리고 안정화공정 전에 사용한 네 종류의 화학전처리제는 레이온직물의 특성변화에 서로 다른 영향을 주는 것으로 조사되었다. 결과적으로, 주어진 안정화 조건하에서 $H_3PO_4$와 $Na_3PO_4$$는 레이온직물의 안정화 반응을 촉진시키는 역할을 하는 반면, $NH_4Cl$과 $ZnCl_2$는 안정화 반응을 더디게 하거나 지연시키는 역할을 하는 것으로 판단되었다. 또한 $350^{\circ}C$에서 행한 2차 안정화에서는 $H_3PO_4$가 상대적으로 가장 낮은 직물의 중량감소율을 보여주었으며, 난연 기능을 가지고 있는 인산이 2차 안정화 단계에서도 후속 반응을 다소 더디게 하는데 기여한 것으로 사료되었다.

• Journal of Chest Surgery
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• 제41권2호
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• pp.160-169
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• 2008

배경: 혈관질환의 수술에 사용되는 인공 도관의 막힘과 문합부위의 좁아짐 등을 개선하기 위한 방법으로 조직공학적인 방법과 자가 세포를 이용한 인공혈관의 제작이 대안으로 대두되고 있다. 저자들은, 생흡수성이 있는 고분자 폴리머 지지체와 자가 골수세포를 이용한 인공혈관으로 생체실험을 시행하였다. 대상 및 방법: 생분해성 고분자 재료인 poly (lactide-co-${\varepsilon}$-caprolactone) (PLCL)과 poly(glycolic acid) (PGA) fiber로 혈관용 지지체를 제작한 후, 피실험 동물의 골수를 채취하여 혈관 내피 세포와 평활근 세포로 분열시켜 배양한 후 혈관 지지체위에 이식하였다. 만들어진 인공 혈관을 잡견의 복부대동맥에 이식한 후 3주 후에 혈관 조영술을 시행하고, 안락사 후에 혈관을 제거하여 조직학적 검사를 시행하였다. 결과: 6마리의 잡견 중 2마리에서 수술 후 10일에 혈관 지지체의 균열에 의한 대량 출혈로 사망하였다. 나머지 4마리의 잡견은 수술 후 3주까지 생존하였으며, 혈관 조영술상 혈관의 막힘이나 좁아짐은 발견되지 않았다. 인공 혈관의 내면은 작은 혈전들이 붙어 있었으며, 조직학 검사에서 정상 혈관과 유사한 3층의 구조를 나타내었다. 또한 면역화학 검사에서 혈관 내피세포와 혈관 평활근 세포가 재생된 것을 확인하였다. 결론: 고분자 폴리머와 자가 골수세포를 이용한 인공혈관은 생체 내에서 정상혈관과 유사한 모양으로 재생이 가능함을 보여주었다. 그러나, 동맥압력에 견디기 위해 혈관 지지체의 물성에 대한 개량과 충분한 양의 혈관 세포를 얻기 위한 연구가 더 필요할 것으로 생각된다.

• 감성과학
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• 제19권2호
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• pp.35-42
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• 2016

전기방사는 높은 비표면적을 가지는 마이크로~나노 단위 직경의 나노섬유를 생산하는 간단하고 효율적인 공정이다. 따라서 식물 추출물과 폴리머를 혼합한 방사용액으로 손쉽게 의료용 나노섬유의 제조가 가능하다. 향나무는 라디칼 생성, 화상, 세포손상과 같은 자외선과 SLS에 의한 피부손상을 방지하는데 효과적이라고 알려져 있다. 또한 방미효과와 함께 집먼지 진드기 방지 효과가 보고된 바 있다. 전기방사로 향나무 추출물을 함유하여 제조한 PVA 나노섬유를 연구하였다. 향나무 추출물의 서로 다른 농도(0.25, 0.5, 1.5 wt. %)를 함유하는 PVA/향나무 추출물 나노 복합섬유를 제조하였으며 방사용액의 농도, 인가전압, TCD 등의 전기방사 조건을 최적화 하였다. 연구결과 균일한 PVA/향나무 추출물 나노 복합섬유을 얻을 수 있는 최적 조건으로 PVA 농도는 12wt%, 인가전압은 10 Kv, TCD는 10~20 cm로 나타나났다. 제조된 전기방사 나노 복합섬유의 형태 및 미세구조를 SEM을 통해 관찰하였다. 향나무 추출물의 첨가에 의해 나노섬유의 직경이 증가하는 것으로 나타났다. 결과적으로 310~360 nm의 직경범위를 가지는 PVA/향나무 추출물 복합 나노섬유가 전기방사를 통해 성공적으로 얻어졌다.