플라즈마 처리가 목분/폴리프로필렌 복합재의 계면에 미치는 영향 연구

하종록 ( Jong Rok Ha ),김병선 ( Byung Sun Kim ),이진우 ( Jin Woo Yi ) 한국복합재료학회 2013 Composites research Vol.26 No.3

상온·상압 플라즈마 표면처리된 목분을 폴리프로필렌(polypropylene)과 혼합하였을 때 두 재료의 계면에 미치는 영향을 연구하였다. 목분과 폴리프로필렌을 압출기를 통해 기계적으로 혼합한 후 사출기를 이용하여 목분함유량 50 wt% 목분/폴리프로필렌(Wood Plastic Composite, WPC) 복합재를 제조하였다. 플라즈마 표면처리 공정에 가장 적합한 Monomer(모노머)를 찾기 위해 Oxygen, Benzene, CH-4, Acrylic-acid, Hexafluoroethane, Trifluorotolune, Hexamethyl-disiloxane(HMDSO) 등 7가지의 모노머에 대해 Contact angle(접촉각)을 측정하여 표면에너지를 계산 하였다. 그 결과 HMDSO가 가장 높은 표면에너지를 나타내어 플라즈마 공정의 모노머로 적용하였다. 소수성인 폴리프로필렌과 친수성인 목분을 플라즈마 표면처리를 통하여 목분의 표면을 개질하였고 두 재료의 계면 결합력을 향상시킬 수 있었다. 기계적 물성평가 결과는 인장강도의 경우 최대 7.59%, 굴곡강도의 경우 최대 12.43%가 증가하였다. SEM(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 파단면을 관찰하였고 플라즈마 표면처리의 효과를 확인하였다. Atmospheric glow plasma polymerization was applied to wood powder before fabricating polypropylene (PP) matrix composites. Seven different types of monomers (Oxygen, Benzene, CH4, Acrylic-acid, Hexafluoroethane, Trifluorotolune, Hexamethyl-disiloxane) were analyzed to determine the most suitable precursor for plasma polymerization. The surface energy was calculated from measured contact angle about each monomer on PP. Hexamethyl-disiloxane (HMDSO) had a highest surface energy and is selected as the most suitable monomer. Wood powder and polypropylene were mixed as pellets by twin screw extruder and then 50 wt% wood powder/PP composites were produced by an injection machine. Tensile strength and Flexural strength have improved by 7.59% and 12.43% at the maximum respectively. SEM (Scanning Electron Microscope) observation on the fracture surface revealed that the plasma polymerization have improved the interfacial bonding and the mechanical properties of the composites.

VARTM 공정으로 성형된 Abaca 패브릭 복합재의 기계적 특성평가

변길재 ( Gill Jae Byun ),하종록 ( Jong Rok Ha ),김병선 ( Byung Sun Kim ),조치룡 ( Chee Ryong Joe ),옥주선 ( Ju Seon Ok ) 한국복합재료학회 2012 Composites research Vol.25 No.6

본 연구에서는 VARTM 공정으로 제조되는 에폭시/아바카 패브릭 복합재의 기계적 특성을 향상 시키고자 하였다. 표면처리를 통하여 패브릭 표면의 미세 거칠기를 증가시키고 친수성을 소수성으로 변화시켜 에폭시-패브릭간 계면결합력을 증가시켜 기계적 특성을 향상 시키고자 하였다. 이를 위해 상온·상압 플라즈마 처리법을 사용하였고 기계적 특성이 향상되는 최적 처리시간을 찾고자 하였다. 플라즈마 처리 특성을 비교하기 위해 NaOH 처리법을 사용하였다. 플라즈마 10초 처리된 패브릭으로 제조된 복합재가 무처리, NaOH 처리 대비 가장 높은 인장강도를 보였으며 20초 이상 처리시 인장강도는 낮아졌다. 미세구조 분석결과 20초 이상 처리시 섬유에 생긴 미세 흠집으로 인해 인장강도가 저하됨을 알 수 있었다. 흡습 시험과 침강 시험을 통해 친수성의 아바카가 소수성의 경향을 보이는 것을 확인하였다. The objective of this study is to improve the mechanical properties in abaca fabric/epoxy composites produced using a VARTM process. The mechanical properties were improved by increasing the surface roughness of the fabric through plasma polymerization and improving the interfacial adhesion between the epoxy and the fabric through changing its hydrophilic properties to the hydrophobic properties. Plasma polymerization at atmospheric pressure and room temperature was used, and the optimal polymerization time to improve the mechanical properties was investigated. NaOH treatment on the fabric was also carried out for the comparison. The composite fabricated using the fabric polymerized for 10 seconds shows the highest tensile strength compared to that of none-polymerized or NaOH treated. Plasma polymerization for more than 20 seconds exhibits decrease in the tensile strength. As a result, the plasma polymerization for more than 20 seconds may have caused some damages on the surface of the fabrics. Also, the hydrophilic abaca represents a tendency of presenting the hydrophobic properties in absorption and sedimentation tests.

프로필렌의 플라즈마 처리로 개질된 목분이 복합재료의 기계적 특성에 미치는 영향

조동련 ( Dong Lyun Cho ),하종록 ( Jong-rok Ha ),김병선 ( Byung Sun Kim ),이진우 ( Jin Woo Yi ) 한국복합재료학회 2017 Composites research Vol.30 No.2

프로필렌의 플라즈마 처리로 목분을 표면 개질하여 복합재 기지인 PP와 상용성을 가지게 하였다. 프로필렌을 플라즈마로 처리하여 증착된 소수성 박막 필름의 화학적 구조는 PP와 흡사하였다. 목분과 PP는 이축 압출기에 의해 펠렛으로 만들어 졌고 50 wt% wood powder/PP 복합재료는 사출 성형기에 의해 성형되었다. 인장강도와 굴곡 강도는 최고 7.59% and 12.43%까지 향상되었으며 파단면에 대한 SEM 관찰로 플라즈마 중합이 계면 접착력과 기계적 특성을 향상시킨 것을 볼 수 있었다. Wood powders were surface-modified by plasma-treating propylene to make them compatible with PP matrix in WPC(wood powder composite). The plasma treatment of propylene resulted in the deposition of an ultrathin hydrophobic film which had the chemical structure similar to that of polypropylene. Wood powder and polypropylene were mixed to pellets by twin screw extruder and then 50 wt% wood powder/PP composites were produced by an injection machine. Tensile strength and flexural strength were improved by 7.59% and 12.43% at the maximum respectively. SEM (Scanning Electron Microscopy) observation on the fracture surface revealed that the treatment improved the interfacial bonding and the mechanical properties of the composites.

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.

보트에 적용되는 하이브리드 복합재에 대한 기계적 특성 연구

조제형(Je-Hyoung Cho),김성훈(Sung-Hoon Kim),윤성원(Sung-Won Yoon),하종록(Jong-Rok Ha),김명현(Myung-Hyun Kim) 대한용접·접합학회 2016 대한용접·접합학회지 Vol.34 No.2

Recently, Application of composite materials are increased in transport area for weight reduction. Also, Related technical developments have been implemented actively at domestic and abroad. In particular, The carbon fiber has high strength and ultra light property higher than stainless steel, aluminum, GFRP as Eco-friendly material. Carbon fiber contribute to improving the environmental effect such as fuel saving, expansion of loadage, reducing the exhaustion of carbon dioxide through the weight reduction of transport area. In addition, The carbon fiber is applied to the ship in the area of race yacht, luxury cruise boat as weight reduction and high added-value materials, but there is limited application for general boat because price of carbon fiber is very expensive. For the weight reduction of general boat hull, being used as structure materials, glass fiber and carbon fiber are applied to hull with form of hybrid composite materials, but application of domestic and research for development are incomlete. In this study, An evaluations of mechanical strength property and fatigue strength are performed on composite materials by hybrid weaving of glass fiber and carbon fiber and composite materials forming method by hybrid forming.