LNGC 경량화를 위한 파이프 지지용 클램프의 복합소재 적용 연구

배경민 ( Kyong-min Bae ),임윤지 ( Yoon-ji Yim ),윤성원 ( Sung-won Yoon ),하종록 ( Jong-rok Ha ),조제형 ( Je-hyoung Cho ) 한국복합재료학회 2021 Composites research Vol.34 No.1

조선해양 산업에서 선박의 에너지 절감과 운항효율 향상을 위한 부품의 경량화 기술이 요구됨에 따라서, 고강도의 경량소재인 섬유강화 복합소재를 부품소재로 적용하는 방안이 검토될 수 있다. 본 연구에서는 LNGC 경량화를 위해 파이프 지지용 클램프의 섬유강화 복합소재 적용 가능성을 평가하였다. 탄소섬유 및 유리섬유를 강화섬유로 하여 섬유강화 복합소재를 제조하였으며, 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 통해 복합소재의 강화재료와 기지재료의 물성을 역계산하여 섬유 적층 패턴별 물성 변화에 따른 성능 예측을 수행하였다. 또한, 유한요소해석 프로그램를 통해 복합소재 두께에 따른 클램프의 구조해석을 수행하였다. 연구결과 경량화를 위해 클램프의 섬유강화 복합소재의 적용시 두께 선정에 주의가 필요함을 확인할 수 있었다. 향후 보완 설계 시 구조물의 형상변경 및 경량화를 위한 구조변경에 용이할 것으로 판단된다. In the shipbuilding and marine industry, as a technology for reducing the weight of parts to reduce energy and improve operational efficiency of ships is required, a method of applying fibers-reinforced composites which is high-strength lightweight materials, as part materials can be considered. In this study, the possibility of applying fibers-reinforced composites to the pipe support clamps was evaluated to reduce the weight of LNGC. The fibers-reinforced composites were manufactured using carbon fibers and glass fibers as reinforcing fibers. Through the computer simulation program, the properties of the reinforcing materials and the matrix materials of the composites were inversely calculated, and the performance prediction was performed according to the change in the properties of each fiber lamination pattern. In addition, the structural analysis of the clamps according to the thickness of the composites was performed through the finite element analysis program. As a result of the study, it was confirmed that attention is needed in selecting the thickness when applying the fibers-reinforced composites of the clamp for weight reduction. It is considered that it will be easy to change the shape of the structure and change the structure for weight reduction in future supplementary design.

Mercury Adsorption Behaviors of Copper/Activated Carbons by Electroless Plating

배경민(Bae, Kyong-Min),김병주(Kim, Byung-Joo),박수진(Park, Soo-Jin) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

In this study, the adsorption behaviors of mercury ions on the electroless Cu-plated activated carbons have been investigated. The amount of copper on activated carbons have been confirmed by atomic absorption spectrophotometer (AAS). The surface properties of the ACs studied have been characterized by using Boehm's titration method and scanning electron microscopy (SEM).Experimental results showed the adsorption capacity of mercury ions was increased as the electroless Cu plating. This was probably due to the introduction of copper on ACs leaded to an increase in the surface basicity.

염화아연에 의해 활성화된 폴리아크릴로나이트릴계 다공성 탄소나노섬유의 제조 및 특성

이혜민 ( Hye Min Lee ),배경민 ( Kyong Min Bae ),강효랑 ( Hyo Rang Kang ),안계혁 ( Kay Hyeok An ),김홍건 ( Hong Gun Kim ),김병주 ( Byung Joo Kim ) 한국공업화학회 2013 공업화학 Vol.24 No.4

The effects of zinc chloride addition on pore development of porous carbon nanofibers prepared by polyacrylonitrile (PAN)/N, N`-dimethylformamide (DMF) (10 wt%) electrospinning were investigated. The change of morphological and structural modification by zinc chloride activation was investigated by a scanning electron microscopy (SEM) analysis. N2 adsorption isotherm characteristics at 77 K were confirmed by Brunauer-Emmett-Teller (BET) and Horvath-Kawazoe (H-K) equations, and the curves showed the Type I mode in the International Union of Pore and Applied Chemistry (IUPAC) classification, indicating that lots of micropores exist in the sample. In addition, specific surface areas and total pore volumes of porous carbons prepared by the zinc chloride activation were determined as 600∼980 m 2 /g and 0.24∼0.40 cm 3 /g, respectively. As experimental results, many holes or demolished structures were found on the fiber surfaces after the zinc chloride activation as confirmed by a SEM analysis. It was also observed that various pore sizes were found to be depended on the adding content of zinc chloride in PAN/DMF solution in this system.

구리도금된 탄소섬유/에폭시 수지 복합재료의 기계적 계면 특성에 관한 연구

홍명선 ( Myung Sun Hong ),배경민 ( Kyong Min Bae ),최웅기 ( Woong Ki Choi ),이해성 ( Hae Seong Lee ),박수진 ( Soo Jin Park ),안계혁 ( Kay Hyeok An ),김병주 ( Byung Joo Kim ) 한국공업화학회 2012 공업화학 Vol.23 No.3

본 연구에서는 Polyacrylonitrile (PAN)계 탄소섬유 표면에 구리도금 표면처리가 탄소섬유 강화 복합재료의 기계적 계 면 특성에 미치는 영향에 관하여 관찰하였다. 탄소섬유 표면특성은 주사전자현미경, X-선 광전자 분광법, X-선 회절 분석기, 접촉각 측정기로 측정하였고, 탄소섬유 강화 복합재료의 기계적 계면 물성은 층간전단강도(interlaminar shear strength, ILSS)와 파괴인성(critical stress intensity factor, KIC)측정을 통하여 알아보았다. 실험결과로부터, 기계적 계면 물성은 탄소섬유 표면에 COOH group과 도금된 구리함량이 증가됨에 따라 순차적으로 증가되는 것이 확인되었으나, 도금시간을 길게 하여 과량의 구리가 도입되었을 경우 기계적 계면 물성을 도리어 감소시키는 것으로 확인되었다. 결론적으로 구리함량이 탄소섬유 복합재료의 기계적 계면물성을 결정하는 중요 요소라 판단되나, 최적의 함량이상에 서는 계면분리에 의한 물성저하의 원인이 될 수 있다. In this work, the electroplating of copper was introduced on PAN-based carbon fibers for the enhancement of mechanical interfacial strength of carbon fibers-reinforced composites. The surface properties of carbon fibers were determined by scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), and contact angle measurements. Its mechanical interfacial properties of the composites were studied by interlaminar shear strength (ILSS) and critical stress intensity factor (KIC). From the results, it was found that the mechanical interfacial properties of Cu-plated carbon fibers-reinforced composites (Cu-CFRPs) enhanced with increasing the Cu plating time, Cu content and COOH group up to Cu-CFRP-30. However, the mechanical interfacial properties of the Cu-CFRPs decreased dramatically in the excessively Cu-plated CFRPs sample. In conclusion, the presence of Cu particles on carbon fiber surfaces can be a key factor to determine the mechanical interfacial properties of the Cu-CFRPs, but the excessive Cu content can lead the failure due to the interfacial separation between fibers and matrices in this system.

자동차 경량화를 위한 탄소섬유강화 복합재료의 동향

김기석 ( Ki Seok Kim ),배경민 ( Kyong Min Bae ),오상엽 ( Sang Yeob Oh ),서민강 ( Min Kang Seo ),강창기 ( Chang Gi Kang ),박수진 ( Soo Jin Park ) 한국고무학회 2012 엘라스토머 및 콤포지트 Vol.47 No.1

최근 전세계적으로 자원 고갈로 인한 에너지 절약과 환경 문제에 관한 규제 강화는 환경 친화적인 소재 개발의 필요성을 가속화시키고 있다. 이러한 추세는 자동차 산업을 포함한 운송 산업도 예외가 아니다. 또한, 기본적으로 단순히 성능이 좋으면서도 값이 저렴한 제품이 아니라, 소비자와 사회의 요구에 부합되는 고기능성 소재의 개발이 필요하다. 이에 부합하는 소재로는 최근 운송 수단의 경량화를 위하여 많은 연구가 진행중인 탄소섬유 복합재료라할 수 있다. 최근 탄소섬유 복합재료는 자동차의 경량화를 위해 차체 및 부품 등 다양한 부분에 적용됨에 따라 그수요는 크게 증가하고 있고, 차량에 적용시 차체 중량감소에 따른 제동, 조향, 내구 및 연비향상과 이에 따른 에너지절약 및 이산화탄소 배출을 최소화 하는 장점을 갖는다. 따라서, 본고에서는 자동차의 경량화를 위한 탄소섬유 복합재료의 필요성과 더불어 탄소섬유 복합재료의 기술동향과 나아가야 할 방향에 대하여 살펴보도록 하겠다. Recently, the need of developing eco-friendly materials has been required with restriction strengthening on environment and energy saving by the resource depletion worldwide. These trends are not an exception in transport industry including automobile. In addition, these materials have to fulfill not only the high quality and cheap price but also the high-performance which meet the needs of costumer and society. Among the various materials, carbon fiber-reinforced composite which is actively studying for lightweight of the automobile is one of the most suitable candidates. Indeed, the carbon fiber-reinforced composites are used as the essential materials to substitute body and other parts in automobile and the demand is increasing largely. Carbon fiber-applied automobile has improved brake, steering, durability and high fuel efficiency, leading to the energy conservation and minimizing carbon dioxide emissions. This paper focuses on the necessity of carbon fiber-reinforced composites for lightweight of automobile and its technical trends.

무전해 니켈도금된 탄소섬유강화 에폭시기지 복합재료의 전자파 차폐특성

홍명선 ( Myung Sun Hong ),배경민 ( Kyong Min Bae ),이해성 ( Hae Seong Lee ),박수진 ( Soo Jin Park ),안계혁 ( Kay Hyeok An ),강신재 ( Shin Jae Kang ),김병주 ( Byung Joo Kim ) 한국공업화학회 2011 공업화학 Vol.22 No.6

본 연구에서는 니켈 함량에 탄소섬유강화 에폭시 기지 복합재료의 전자파 차폐효과에 대해 고찰을 위해 탄소섬유 표면에 시간의 변수에 따른 무전해 도금을 실시하였다. 탄소섬유 표면의 특성은 주사전자현미경과 X-선광전자분광법으로 측정하였고 전기적 특성은 4단자법으로 분석을 진행하였다. 복합재료의 전자파 차폐효과는 흡수와 반사 두 가지 방법으로 분석을 진행하였다. 실험 결과로부터 전자파 차폐효과는 탄소섬유 표면에 코팅된 니켈 함량이 증가됨에 따라 순차적으로 증가되는 것이 확인되었으나, 고주파 영역에서는 과량의 니켈 도금이 더 이상의 전자파 차폐효율을 증가시키지 않는 것이 확인되었다. 결론적으로 니켈 함량이 탄소섬유 복합재료의 전자파 차폐효과를 결정하는 요소가 될 수 있다고 판단되나, 특정 주파수마다 최적화된 금속도입 함량에 대한 변수가 있을 수 있다고 판단된다. In this work, carbon fibers were electrolessly Ni-plated in order to investigate the effect of metal plating on the electromagnetic shielding effectiveness (EMI-SE) of Ni-coated carbon fibers-reinforced epoxy matrix composites. The surfaces of carbon fibers were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Electric resistance of the composites was tested using a 4-point-probe electric resistivity tester. The EMI-SE of the composites was evaluated by means of the reflection and adsorption methods. From the results, it was found that the EMI-SE of the composites enhanced with increasing Ni plating time and content. In high frequency region, the EMI-SE didn`t show further increasing with high Ni content (Ni-CF 10 min) compared to the Ni-CF 5 min sample. In conclusion, Ni content on the carbon fibers can be a key factor to determine the EMI-SE of the composites, but there can be an optimized metal content at a specific electromagnetic frequency region in this system.

탄소섬유의 사이징처리가 탄소섬유/나일론6 복합재료의 기계적 계면 특성에 미치는 영향

최웅기 ( Woong Ki Choi ),김병주 ( Byung Joo Kim ),민병각 ( Byung Gak Min ),배경민 ( Kyong Min Bae ),박수진 ( Soo Jin Park ) 한국고무학회 2010 엘라스토머 및 콤포지트 Vol.45 No.1

탄소섬유/나일론 수지 복합재료의 계면결합력의 향상을 위해 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 탄소섬유의 표면에 실란계, 설파이드계, 이미드계 계면결합제를 이용해서 사이징 처리를 수행하였으며, 사이징 처리된 탄소섬유의 젖음성과 표면자유에너지는 접촉각을 통해 확인하였다. 사이징 처리되어 제조된 복합재료의 기계적 계면물성은 임계응력세기인자를 통하여 확인하였으며, 파단실험 후 파단면은 주사전자현미경을 통해 관찰하였다. 실험결과 실란계로 사이징처리된 탄소섬유가 다른 사이징 처리에 비해 표면자유에너지가 큰 것을 접촉각 측정을 통해 관찰하였다. 한편 사이징처리된 탄소섬유 강화 나일론 복합재의 경우 미처리 탄소섬유를 이용한 복합재에 비해 높은 기계적 계면강도를 보였다. 이러한 결과는 섬유의 표면자유에너지가 탄소섬유와 나일론6 기지 사이의 계면결합력의 증대를 유도하여 복합재료의 기계적 계면강도가 증가된 것으로 판단된다. The sizing treatments of PAN-based carbon fiber surfaces were carried out in order to improve the interfacial adhesion in the carbon fibers/nylon6 composite system. The parameter to characterize the wetting performance and surface free energy of the sized fibers were determined by a contact angle method. The mechanical interfacial properties of the composites were investigated using critical stress intensity factor (KIC). The cross-section morphologies of sized CFs/nylon6 composites were observed by SEM. As the experimental results, it was observed that silane-based sizing treated carbon fibers showed higher surface free energies than other sizing treatments. In particular, the KIC of the sizing-treated carbon fibers reinforced composites showed higher values than those of untreated carbon fibers-reinforced composites. This result indicated that the increase in the surface free energy of the fibers leads to the improvement of the mechanical interfacial properties of carbon fibers/nylon6 composites.