연속 섬유의 펼침에 대한 기술 현황 및 적용

노정우 ( Jeong U Roh ),이우일 ( Woo Il Lee ) 한국복합재료학회 2013 Composites research Vol.26 No.3

연속 섬유의 펼침에 대한 기술 현황 및 이의 적용에 대해 본 연구에서 정리되었다. 이론적 접근을 통해 연속 섬유 펼침의 효과를 소개하였고, 섬유 펼침 수단과 섬유 펼침 장치의 공정 상 위치를 기준으로 연속 섬유의 펼침에 대한 기술을 분류 정리하였다. 또한, 각 기술의 일반적인 섬유 펼침 원리, 기술적용 및 기술의 장 단점에 대해 소개하였으며, 향후 연속 섬유의 펼침에 대한 기술 연구 방향에 대해서도 고려되었다. This paper reviewed the continuous fiber tow spreading technologies and its applications. The effect of the continuous fiber tow spreading in manufacturing process of continuous fiber reinforced thermoplastic composite was introduced theoretically. The fiber tow spreading technologies were categorized according to the spreading medium and its order during manufacturing process. The general principles, the applications, and the merits and demerits of fiber tow spreading technologies were introduced. Furthermore, the proposal for future direction of research on this issue was considered in this study.

공기에 의한 탄소섬유 스프레딩 공정 변수에 따른 프로세스 성능 및 기계적 물성 평가

노정우 ( Jeong-u Roh ),백운경 ( Un-gyeong Baek ),노재승 ( Jae-seung Roh ),남기법 ( Gibeop Nam ) 한국복합재료학회 2020 Composites research Vol.33 No.6

탄소섬유 스프레드 토우를 제조하는 과정에서 섬유 손상이 발생하며, 이는 스프레딩 과정에서 장비와 섬유 사이 혹은 섬유 간의 마찰로 발생한다. 이로 인해, 재료 및 장비조건에 따라 프로세스 성능에 차이가 발생하고, 제품 물성이 하락한다. 섬유 손상을 최소화하는 것은 스프레드 토우를 제조하는 공정에서 반드시 고려되어야 한다. 본 연구에서는 공기를 이용한 탄소섬유 스프레딩 공정에서 탄소섬유의 필라멘트 수와 사이징 함량, 탄소섬유토우 스프레딩 장비의 공정 변수(초기섬유장력, 열풍온도, 진공압력)를 달리하여 스프레드 토우의 공정성능 변화를 관찰하였다. 탄소섬유 품종에 따른 조건 별 최적조건에서 제조된 샘플을 이용해 인장강도를 평가하여, 탄소섬유의 손상에 따른 기계적 물성 감소를 확인하였다. The carbon fiber has been damaged via tow spreading process for carbon fiber spread tow. The fiber damage is caused by friction between equipment and fibers or between fibers and fibers in the process of spreading. As a result, mechanical properties are decreased due to differences in process via material and equipment condition. Therefore, minimizing fiber damage have to be considered in the process. In this study, the change in carbon fiber pneumatic spreading process was observed by according to the filament count, sizing content of carbon fiber and process variables in spreading equipment (fiber tension at the beginning, air temperature in spreading zone, vacuum pressure in spreading zone). Tensile strength was evaluated using samples prepared under optimal conditions for each of the carbon fiber varieties, and mechanical properties were reduced due to damage on the carbon fiber.

연속 유리섬유 강화 폴리유산 복합재료의 제조 및 물성

노정우 ( Jeong U Roh ),이우일 ( Woo Il Lee ) 한국복합재료학회 2013 Composites research Vol.26 No.4

본 연구에서는 연속 유리섬유 강화 폴리유산 복합재료를 직접함침방법을 이용하여 제조하였고, 이의 기계적 열적 물성이 고찰되었다. 프리프레그의 물성은 기존의 알려진 폴리유산의 물성과 사출 성형으로 제조된 유리섬유 강화 폴리유산 복합소재와 비교 평가되었으며, 섬유체적분율 27.7% 를 갖는 연속 유리섬유 강화 폴리유산 복합재료의 인장응력, 굽힘응력, 굴곡탄성율은 각각 331.1 MPa, 528.6 MPa, 24.0 GPa의 향상된 값을 보였다. 또한 향상된 열변형 온도와 결정화도가 확인되었다. 생산속도에 따른 함침도가 고찰되었고, 그 결과 본 연구에 사용된 공정조건에서는 분당 5 m의 섬유당김속도에서 함침도 90% 이상의 연속 유리섬유 강화 폴리유산 복합재료를 제조가능하였다. The continuous glass fiber reinforced poly-lactic acid (PLA) composite was manufactured by direct melt impregnation. The mechanical and thermal properties of continuous glass fiber reinforced PLA composite were observed. Measured properties were compared with the reference values of neat PLA and the injection molded glass fiber/ PLA composite. The continuous glass fiber reinforced PLA composite having a fiber volume fraction of 27.7% shows enhanced tensile strength of 331.1 MPa, flexural strength of 528.6 MPa, and flexural modulus of 24.0 GPa. The enhanced heat deflection temperature (HDT) and the increased cystallinity were also observed. The degree of impregnation as a function of pulling speed was also assessed. The degree of impregnation at the pulling speed of 5 m/min was over 90% in this research.

실험적 열적 물성치를 반영한 CCS 방열박스의 열전달 해석

최성웅,노정우,김무선,이우일,Choi, Sung-Woong,Roh, Jeong-U,Kim, Moo-Sun,Lee, Woo-Il 한국전산구조공학회 2011 한국전산구조공학회논문집 Vol.24 No.4

본 논문에서는 Membrane형 LNG선의 구성 요소를 대상으로 단열창의 열적 분포를 알아보기 위해 극저온 상태에서부터 온도 별로 각 소재의 열적 물성치인 열전도도(thermal conductivity)를 실험을 통해서 알아보았다. 극저온 상태인 $-163^{\circ}C$의 온도상태로 유지되어야 하는 LNG선 화물탱크는 단열재료로 하여금 열을 차단하기 위해 많은 연구가 되어야 하는데 특히 여러 재료로 구성되어 있는 단열 화물창(CCS: Cargo containment system)은 열적 물성치가 온도에 따라 각각 어떠한 값을 가지는 것이 주요 관심대상이고, 이를 통해 전체 LNG 단열 화물창이 어떤 열적 분포를 가지는 것에 대한 연구가 필요하다. 실험을 통해 얻은 물성치를 가지고 전체 화물창의 온도분포를 정적 열해석을 통해 알아보았다. 또한 외부의 충격에 의해 LNG가 누수되었을때 2차 방벽 특히 hull 부분에서는 누수량에 대해서 어떠한 온도분포와 열적 안전성에 대해서 알아보았다. In this paper, experiment of thermal conductivity among thermal properties for CCS insulation material was carried out under the condition ranged from room temperature to cryogenic temperature. CCS insulation system should be sustained under cryogenic temperature($-163^{\circ}C$), and lots of investigations will be conducted how to block the heat to insulation material. CCS components which consist of various materials are especially the main interests, and how the temperature of the entire CCS along the location is should be investigated through these studies. With the experimental thermal properties, the steady state thermal analysis of the entire cargo system was conducted. When the LNG leaked through the insulation system with external impact, temperature distribution and thermal safety of secondary barrier, especially plywood and hull structure, was observed.

황마 단섬유 강화 폴리유산 샌드위치 복합재의 제작 및 굽힘 특성

이규희 ( Gyu Hee Lee ),노정우 ( Jeong U Roh ),이우일 ( Woo Il Lee ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.3

본 연구에서는 황마 단섬유 강화 폴리유산을 코어 폼으로 하고 연속 유리 섬유 강화 폴리유산을 외곽 스킨으로 하는 샌드위치 패널 구조의 황마 단섬유 강화 폴리유산 복합재료를 제작하였고, 황마 섬유 무게 비에 따른 복합재의 굽힘 특성을 관찰하였다. 코어 폼의 밀도는 0.31-0.67 g/cm3 기공함량비는 0.51-0.71이었다. 최대 굽힘강도는 황마 섬유 무게비 12.5 wt.%에서 92.7 MPa, 최대 굽힘 탄성계수는 황마 섬유 무게비 30.0 wt.%에서 7.58 GPa으로 측정되었다. 경제성 분석을 실시했으며 적용 부재의 굽힘 강도를 향상시키기 위한 비용은 황마 섬유 무게 비가 12.5 wt.%일 때 0.010 USD/m3/MPa로 계산되었다. In this study, we fabricated jute fiber reinforced polylactic acid (PLA) composite in the form of sandwich panel structure which includes core foam of chopped jute fiber reinforced PLA and outer skin layer of continuous glass fiber reinforced PLA. Flexural properties of the composite were assessed for different jute fiber weight fractions. Density of the core foam ranged from 0.31 to 0.67 g/cm3 and void content fraction 0.51 to 0.71. The maximum flexural strength was 92.7 MPa at 12.5 wt.% of jute fiber content, and the maximum flexural modulus was 7.58 GPa at 30.0 wt.%. Cost analysis was also conducted. The cost to enhance the flexural strength of the applied structure was estimated to be 0.010 USD/m3/MPa for 12.5 wt.% fiber content.

열경화성 연속섬유 복합재를 이용해 외측 보강된 3D 프린팅 열가소성 복합재 구조물의 굽힘 특성 향상에 대한 연구

백운경 ( Un-gyeong Baek ),남기법 ( Gibeop Nam ),노재승 ( Jae-seung Roh ),박성은 ( Sung-eun Park ),노정우 ( Jeong-u Roh ) 한국복합재료학회 2021 Composites research Vol.34 No.2

3D 프린팅 기술은 금형이 없이 다양한 형태의 제품을 만들기 쉬운 장점이 있지만, 기존 보편화된 성형법에 비해 기계적 물성이 낮고, 소재 및 제작 조건 등에 따라 기계적 물성이 크게 달라지는 문제가 있다. 한편, 높은 물성을 구현하기 위해서는 제조비용이 높아지는 문제가 있어, 이에 대한 연구 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 단섬유 탄소섬유 보강 나일론 필라멘트를 이용하여 3D 프린팅 열가소성 구조물을 제작하였다. 또한 인발 성형된 연속섬유 형태의 탄소섬유 혹은 유리섬유 강화 열경화성 복합재를 이용해 외측면을 보강하여 기계적 물성 향상 방법을 제시하였다. 보강재의 보강 위치와 섬유의 종류에 따른 굽힘물성 향상을 확인하였다. 3D printing technology has the advantage of easy to make various shapes of products without a mold. However, it has a problem such as mechanical properties vary greatly depending on materials and manufacturing conditions. Thus, the need for research of 3D printing technology on ways to reduce manufacturing cost compared to physical properties is increasing. In this study, a 3D printing thermoplastic structure was fabricated using short fiber carbon fiber reinforced nylon filaments. And a method of improving mechanical properties was proposed by reinforcing the outer surface using pultruded continuous fiber-type carbon fiber or glass fiber-reinforced thermosetting composite material. It was confirmed that the bending properties were improved according to the reinforcing position of the stiffener and the type of fiber in the stiffener.