대기 조건에서 경화가 가능한 텅스텐계 p-DCPD의 개선된 성형 방법

권동준 ( Dong-jun Kwon ),신평수 ( Pyeong-su Shin ),김종현 ( Jong-hyun Kim ),박종만 ( Joung-man Park ) 한국복합재료학회 2016 Composites research Vol.29 No.4

폴리디싸이클로팬타디엔 (p-DCPD) 수지를 경화하기 위해 개환반응이 사용된다. 이 반응은 텅스텐계 촉매를 이용한 반응이기 때문에 질소 조건에서 반응이 진행되어야 한다. 왜냐하면, 텅스텐계 수지는 촉매독 현상이 발생될 수 있기 때문에 대기조건에서는 사용이 어려운 것으로 알려져 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해 본 연구에서는 대기 조건에서 텅스턴 (W)을 촉매로한 p-DCPD 대해 프레스 성형법을 이용하여 수지를 경화시켰다. 프레스 성형을 통해 p-DCPD (W) 수지를 경화시킬 경우 기계적 강도가 향상되는 결과를 얻었으며, 이는 DCPD 성형 단계에서 발생되는 기체를 압으로 눌러 미세 기공의 발생을 줄였기 때문이다. 촉매 독 현상이 발생되는 것은 반응시간이 길 때에 발생되지만, 짧은 성형을 시도하는 프레스 성형에서는 촉매 자체로 인한 물성 저하가 발생되지 않았다. 궁극적으로 p-DCPD 성형을 위해 대기 조건에서 성형이 가능하였으며, 경화 시간, 압력 변수를 조절할 경우 기계적 물성이 향상을 확인하였다. Ring-opening metathesis polymerization of p-dicyclopentadiene (DCPD) can be performed using the tungsten type catalyst. This reaction usually progresses in nitrogen condition, because the catalysts are extremely sensitive in air condition. To solve this problem, DCPD resin with tungsten (W) was cured using hot press after stirring of DCPD A and B liquid in air condition. Mechanical properties of DCPD were improved by reducing microvoid occurrence successfully by using hot press method. It might be because hot press could provide sufficient press on DCPD specimen. Addition of catalyst was not effective for the curing of resin in a short time. During polymerization, pressure and temperature had a great influence on the mechanical properties of DCPD.

손상감지용 CNT 나노복합재료의 손상 감지능 및 보강효과 연구

권동준 ( Dong Jun Kwon ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),최진영 ( Jin Young Choi ),신평수 ( Pyeong Su Shin ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.6

탄소나노튜브(CNT)의 물성은 고분자재료의 기계적, 전도성, 열적 물성을 향상시켜주기 때문에 많은 분야에서 소재개발을 진행 중이다. 본 연구에서는 사전에 CNT 10 wt% 페이스트를 제조하여 나노입자에 대한 분산도와 나노복합재료 생산성을 높일 수 있는 기초 재료를 제조하였다. 제조된 CNT 10 wt% 페이스트를 이용하여 손상감지용 CNT 나노복합재료를 제조하여 균열에 대한 손상감지능과 균열 보강효과에 대한 영향을 연구하였다. CNT10 wt% 페이스트를 이용하여 제조된 CNT 1 wt% 나노복합재는 일반 CNT 파우더를 이용하여 CNT 1 wt% 나노복합재료를 제조하였을 경우보다 인장과 굴곡물성이 높음을 확인하였다. CF30wt%/PP에 인위적인 균열을 제조하고, 균열부위에 CNT 나노복합재료를 보강하여 균열 및 파괴 발생 감지능을 균열크기에 따라 전기저항 측정법과 인장물성평가를 통해 분석하였다. CNT 나노복합재료를 균열 부위에 보강하여 CF30wt%/PP의 인장물성을 분석하였을경우, 균열보강효과가 있었다. 균열크기가 증가함에 따라 CNT 나노복합재료의 보강효과의 증가되었다. 이는 CNT나노복합재료와 CF30wt%/PP간의 접착면 증가로 균열전파를 지연하기 때문이다. CNT 나노복합재료의 손상감지능에 대해서는 전기저항 평가법으로 분석하였으며, 접착면에서의 분리로 인해 CNT 나노복합재료에 충격이 가해져 높은 전기저항 증가구간을 확인하였다. 손상감지용 CNT 나노복합재료의 균열방지효과와 손상감지에 대한 전기저항 평가법의 가능성을 확인하였다. Nancomposites manufacture has been developed rapidly, because of reinforcing effects of CNT in termsof mechanical, electrical and thermal properties. In this study, 10 wt% CNT paste was fabricated with good dispersionstate and easy processability. Damage sensing and reinforcing effect of CNT paste were investigated in nanocomposites. 10 wt% CNT paste exhibited better tensile and flexural properties than those of general 1 wt% CNT nanocomposites. To observe the healing effect of CNT paste, a crack was made artificially with 30wt% CF30wt%/PP composites, andthe CNT paste was filled inside the crack. The damage sensing of CNT paste in CF30wt%/PP composites wasinvestigated by electrical resistance measurement and mechanical tests. CNT paste exhibited good reinforcing effect inmechanical properties of CF30wt%/PP composites, and this reinforcing effect was getting better with larger cracks. The reason was because CNT paste had good interfacial adhesion with CF30wt%/PP composites to resist crackpropagation. In electrical resistance measurement, there was a jump in electrical resistance signal at the adhesioninterface. The jumping signal could be used to predict fracture of CF/PP composites. CNT nanocomposites fordamage sensing had crack reducing effect and damage detection using electrical resistance method.

재활용 횟수에 따른 폴리프로필렌 및 탄소섬유 강화 PP 복합재료의 물성 변화 관찰

권동준 ( Dong Jun Kwon ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),이태웅 ( Tea Ung Lee ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2013 Composites research Vol.26 No.5

탄소섬유(CF) 강화 폴리프로필렌(PP) 복합재료의 수요는 증가되고 있다. 본 연구에서는 재활용 횟수에 따라 변화되는 복합재료의 물성 변화를 관찰하였다. CF 함량을 20% 함량으로 조성한 복합재료에 대해서 재활용 횟수에 따른 기계적 물성 평가를 진행하였다. 인장, 굴곡, Izod 동적 피로 실험에 따른 영향을 확인하였다. CF/PP 복합재료의 계면 물성을 평가하기 위해 젖음성 평가와 파단면을 FE-SEM으로 확인하였다. 재활용 횟수에 따라 섬유와 기지는 변화된다. CF/PP 복합재료는 재활용 할수록 섬유와 기지간의 계면에 열 데미지와 분쇄 과정에 의한 결합력 감소가 확인하였다. Carbon fiber (CF) reinforced polypropylene (PP) compositeis was increased to amount consumed. In this study, recycle of composites by recycle times. CF was containing 20%. Mechanical and interfacial propertis of CF/PP was evaluation for number of recycle time. Mechanical assessment of CF/PP was tension, bending, fatigue tension test and izod test method. Interfacial assessment of CF/PP was wettability test and FE-SEM of fracture surface method. Fiber and matrix was changed to recycle time. The more recycle of CF/PP, the more interfacial bonding was decreased. Because fiber and matrix was damaged to thermal damage. And then reinforced CF was shorter than original shape.

CVD 다이아몬드 및 PCD 드릴을 이용한 항공용 CFRP 복합재료의 홀 가공성 비교

권동준 ( Dong Jun Kwon ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),구가영 ( Ga Young Gu ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2011 Composites research Vol.24 No.4

최근 항공용 재료 산업 분야에서 널리 사용되고 있는 CFRP의 활용이 증가되고 있다. 하지만, CFRP와 같은 복합재료 부품의 결합 시에 단점이 있다. 복합재료를 이용한 다양한 구조를 제조하기 위해선 많은 홀 가공이 필요하다. 일반적으로 CFRP 홀 가공시 내구성이 매우 강한 polycrystalline crystalline diamond (PCD) 드릴을 사용한다. 하지만, 단가가 비싸고 가공 속도가 느리기 때문에 내구성은 PCD 드릴에 비해 약하나 드릴 형상 변화를 통해 가공 속도를 조절 할 수 있고, 비교적 가격이 저렴한 chemical vapor deposition (CVD) 다이아몬드 코팅 드릴의 사용량이 증가 되고 있다. 본 연구에서는, PCD 드릴과 CVD 다이아몬드 코팅 드릴의 홀 가공성을 비교 평가하였다. 먼저, 홀 가공 조건 식 (날당 이송량, 절삭 속도)을 이용하여 CFRP 홀 가공성을 평가했으며, CFRP 가공 시 드릴링 과정에서 발생하는 시편 내부의 열적 손상 정도를 비교했다. 열화상 카메라로 촬영한 홀 가공 시 발생되는 온도를 이용한 경험식을 만들어 두 드릴의 발열 정도에 따른 홀 가공성을 비교 평가하였다. 또한, 홀 가공 시 발생하는 칩(chip) 배출 여부에 따른 홀 내부의 상태를 평가하여 CVD 다이아몬드 코팅 드릴과 PCD 드릴의 CFRP 홀 가공성을 비교했다. 전반적으로 PCD 드릴의 홀 가공성이 CVD 다이아몬드 드릴에 비해 우수한 성능을 나타냈지만, 홀 생성 속도는 CVD 다이아몬드 드릴이 PCD 드릴에 비해 빠른 결과를 나타냈다. Recently CFRP laminate joints process by bolts and nets are developed rapidly in aircraft industries. However, there are serious drawback during jointing process. Many hole processes are needed for the manufacturing and structural applications using composite materials. Generally, very durable polycrystalline crystalline diamond (PCD) drill has been used for the CFRP hole process. However, due to the expensive price and slow process speed, chemical vapor deposition (CVD) diamond drill has been used increasingly which are relatively-low durability but easily-adjustable process speed via drill shape change and price is much lower. In this study, the comparison of hole process between PCD and CVD diamond coated drills was done. First of all, CFRP hole processbility was evaluated using the equations of hole processing conditions (feed amount per blade, feed speed). The comparison on thermal damage occurring from the CFRP specimen was also studied during drilling process. Empirical equation was made from the temperature photo profile being taken during hole process by infrared thermal camera. In addition, hole processability was compared by checking hole inside condition upon chip exhausting state for two drills. Generally, although the PCD can exhibit better hole processability, hole processing speed of CVD diamond drill exhibited faster than PCD case.

나노 SiC 입자의 형상에 따른 탄소섬유 강화 에폭시 복합재료의 기계적 및 계면 물성 변화 관찰

권동준 ( Dong Jun Kwon ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),김제준 ( Je Jun Kim ),장기욱 ( Key Wook Jang ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국접착및계면학회 2013 접착 및 계면 Vol.14 No.2

SiC 나노입자를 이용하여 에폭시 복합재료를 제조할 수 있다. SiC 형상에 따른 영향으로 복합재료의 계면 물성이 변화된다. SiC의 형상에 따른 계면 상태의 변화를 관찰하기 위해 베타 형태, 위스커 형태의 SiC 나노입자를 사용하였다. 나노입자에 대한 분산도를 평가하기 위해 커패시턴스를 이용한 분산도 평가방법을 활용하였다. FE-SEM을 이용하여 SiC 나노입자의 활용에 따른 나노복합 재료의 파단면을 관찰하여, 그 강화 효과를 비교 분석하였다. 탄소섬유와 SiC 나노입자가 함유된 에폭시를 이용한 복합재료에 계면 물성을 비교하기 위해 층간전단강도 평가법과 계면전단강도 평가법을 이용하였다. 복합재료의 계면 물성을 강화하기 위해서는 베타 형태의 SiC 나노입자를 활용할 경우가 위스커 입자를 이용한 경우보다 높은 계면 강도를 나타냈다. Epoxy matrix based composites were fabricated by adding SiC nano fillers. The interfacial properties of composites were varied with different shapes of SiC nano fillers. To investigate the shape effects on the interfacial properties, beta and whisker type SiC nano fillers were used for this evaluation. The dispersion states of nano SiC-epoxy nanocomposites were evaluated by capacitance measurements. FE-SEM was used to observe the fracture surface of different structures of SiC-epoxy nanocomposites and to investigate for reinforcement effect. Interfacial properties between carbon fiber and SiC-epoxy nanocomposites were also evaluated by ILSS (interlaminar shear strength) and IFSS (interfacial shear strength) tests. The interfacial adhesion of beta type nanocomposites was better than whisker type.

조선해양 파이프 단열재 커버 적용을 위한 내화/난연 성능을 갖는 친환경 바잘트섬유 강화 퓨란계 복합재료 개발 연구

권동준 ( Dong-jun Kwon ),서형석 ( Hyoung-seock Seo ) 한국복합재료학회 2021 Composites research Vol.34 No.1

조선해양산업에서 친환경 선박 및 경량화 기자재에 관한 관심이 높아짐에 따라 파이프 등의 기자재에 복합재료를 적용하고 있다. 본 연구에서는 친환경 및 내열/난연 성능을 요구하는 파이프 단열재 커버에 적용하기 위해 친환경 소재인 바잘트 섬유강화 퓨란복합재료(BFC, basalt fiber reinforced furan composite)를 제조하였다. BFC 소재의 낮은 물성을 강화시키기 위해 후경화 조건의 최적화 연구를 수행하였고, BFC 소재의 기계적강도, 내열/난연 특성 강화, 친화경 특성에 대한 실험과 평가를 진행하였다. 최종적으로 연구 결과 조선해양기자재인 파이프 단열재 커버에 BFC 소재의 적용이 가능함을 확인하였다. As interest in the eco-friendly ships and lightweight equipment is increasing in the shipbuilding and marine industry, composite materials are applied to equipment such as pipes. In this study, a basalt fiber reinforced furan composite (BFC), an eco-friendly material, was manufactured to apply the pipe insulation cover that requires environment-friendly and heat/flame retardant performance. An optimization study of post-curing conditions of BFC was conducted, and experiments and analysis were performed on mechanical strength, heat/flame retardant properties, and affinity properties. Finally, as a result of the study BFC material is proved to be a good candidate to apply pipe insulation cover.

열처리 조건에 따른 목재의 계면과 기계적 물성 및 돌침대용 석재/목재간 접착제에 따른 접착력 평가

권동준 ( Dong Jun Kwon ),신평수 ( Pyeong Su Shin ),최진영 ( Jin Yeong Choi ),문선옥 ( Sun Ok Moon ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국접착및계면학회 2015 접착 및 계면 Vol.16 No.2

돌침대에 사용되는 석재의 무게를 줄여 경량화를 추구하려면 석재의 두께를 줄이고 보강재료로 석재의 강도를 유지해야 한다. 본 연구에서는 돌침대용 석재/목재 보드 개발에 대한 연구를 진행하였다. 돌침대에 삽입될 돌의 무게를 줄이기 위해 석재와 목재를 접합하였다. 목재의 강도 향상과 표면개질을 위하여 열처리 조건에 따른 목재의 물성변화를 관찰하였다. 대기 조건에서 열처리한 목재의 경우 고온의 온도에 따라 목재의 강성이 높아졌다. 열처리 최적조건은 표면에너지와 인장, 굴곡 강도변화 경향을 바탕으로 100℃ 조건임을 확인하였다. 석재와 목재간 높은 접착력을 확보하기 위해 최적의 접착제 조성을 연구하였다. 아민계 에폭시 접착제, 폴리우레탄(PU)계 접착제, 염화고무계(CR) 접착제 마지막으로 염화비닐초산계 접착제에 따른 석재와 목재간 랩 전단실험을 진행하였다. 랩 전단 실험 후 파단면을 관찰해볼 때에폭시 접착제를 이용할 때 목재 기지의 인열 파괴가 발생되었다. 접착면에서의 전단력이 목재 자체의 파괴 강도보다 높다는 결과를 바탕으로 최적의 접착제 조건이 에폭시계 접착제임을 확인할 수 있었다. Stone board for the rock bed was needed to reduce weight using thin thickness and reinforced materials. In this work, stone/wood board for rock bed was studied. Stone and wood were attached to reduce total weight of stone for rock bed. For reinforcing wood heat treatment method was used to change surface and mechanical properties. Mechanical strength of heat treated wood increased more than neat condition. The optimum heat treatment condition was set on 100℃ under tensile, flexural loads whereas surface energy was also obtained by contact angle measurement. Optimum adhesive condition was to get the maximum adhesion between stone and wood. Lap shear test was performed for stone/wood board with different adhesives such as amine type epoxy, polyurethane, chloro-rubber and vinyl chloride acetate type. Fracture surface of lap shear test was shown at wood fracture part on stone using amine type epoxy adhesive. It was found that for high adhesion between stone and wood the optimum adhesive was epoxy type for the rock bed.

대용량 SiC 나노입자 강화 에폭시 복합재료의 새로운 분산방법

권동준 ( Dong-jun Kwon ),신평수 ( Pyeong-su Shin ),김종현 ( Jong-hyun Kim ),박종만 ( Joung-man Park ) 한국복합재료학회 2016 Composites research Vol.29 No.4

SiC 나노입자는 고분자 수지의 굴곡특성을 강화하기 위해 사용된다. 본 연구는 대용량 SiC 나노입자가 함유된 에폭시 수지를 제조하고 분산도를 평가한 것에 관한 내용이다. SiC 나노입자를 혼합하는 과정에 교반기와 초음파 분쇄기를 동시에 사용하여 20 wt%의 SiC 나노입자 강화 에폭시 복합재료를 제조하였다. 교반기와 분쇄기를 동시에 이용하는 방법으로 분산속도와 분산도가 개선됨을 기계적 물성 평가와 FE-SEM 결과로 확인하였다. 이러한 결과로 SiC 나노입자의 분산 모델을 구축하였다. 궁극적으로, 탄소섬유(UD 타입)와 20 wt% SiC 나노입자 강화 에폭시 수지를 사용하여 복합재료를 제조하였다. 교반기와 분쇄기를 동시에 사용했을 경우 초음파 분쇄기만 이용했을 경우에 비해 우수한 복합재료의 물성을 나타내었다. SiC nanoparticles were used to increase flexural properties of polymer matrix. This study was to manufacture huge concentration SiC nanoparticle/epoxy composites and to evaluate the dispersion. During mixing SiC nanoparticle and epoxy, 20 wt% SiC nanoparticle in total composites was used with both stirrer and sonication equipment together. Mixing speed and dispersion were improved with the method by using both stirrer and sonication equipment at the same time via mechanical test and FE-SEM. Based on the results, modeling of SiC nanoparticle dispersion could be established. Ultimately, unidirectional carbon fiber reinforced composites was manufactured using 20 wt% SiC nanoparticle/epoxy. Mechanical property of CFRP using dual stirrer and sonication mixing method was better than composites by single sonication mixing method.

탄소섬유를 활용한 구조용 배터리 연구 동향

권동준 ( Dong-jun Kwon ),남상용 ( Sang Yong Nam ) 한국공업화학회 2021 공업화학 Vol.32 No.4

탄소 섬유 강화플라스틱은 가볍지만 우수한 기계적 강도를 가지는 복합재의 한 종류이다. 가벼우면서 우수한 기계적 강도를 가지는 탄소 섬유 강화플라스틱은 산업 전반에 널리 이용되고 있으며, 최근 활발히 연구되고 있는 전기자동차 및 무인기 등의 무게 감소 핵심 대체 부품으로 연구되고 있다. 배터리를 전원으로 사용하는 운송수단 등은 외부 충격에 이차 폭발의 위험이 있기 때문에 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 덮개가 필수적인 동시에, 무게를 줄여 주행거리를 늘려야 하는 요구조건을 만족해야 한다. 이러한 요구 조건에 부합하는 재료로 탄소섬유 강화플라스틱이 손꼽히고 있고, 배터리 보호 덮개 및 다양한 대체품으로의 활용이 연구되고 있다. 한편, 우수한 전기적 특성을 가진 탄소섬유를 배터리 구성품으로 활용하는 연구가 배터리 분야에서 진행 중이고, 이에 더 나아가 탄소 섬유가 배터리를 보호하고 배터리 전극 및 집전체 역할까지 동시에 수행하는 구조용 배터리에 대한 연구가 스웨덴과 미국을 중심으로 활발히 연구 중이다. 본 총설에서는 탄소 섬유의 역할에 따른 구조용 배터리의 분류 및 해당 배터리들에서 발생하는 문제점 등을 포괄하는 최근 연구 동향을 요약하고, 구조용 배터리에 대한 전망을 간략히 논의하고자 한다. Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) is one of the composite materials, which has a unique property that is lightweight but strong. The CFRPs are widely used in various industries where their unique characteristics are required. In particular, electric and unmanned aerial vehicles critically need lightweight parts and bodies with sufficient mechanical strengths. Vehicles using the battery as a power source should simultaneously meet two requirements that the battery has to be safely protected. The vehicle should be light of increasing the mileage. The CFRP has considered as the one that satisfies the requirements and is widely used as battery housing and other vehicle parts. On the other hand, in the battery area, carbon fibers are intensively tested as battery components such as electrodes and/or current collectors. Furthermore, using carbon fibers as both structure reinforcements and battery components to build a structural battery is intensively investigated in Sweden and the USA. This mini-review encompasses recent research trends that cover the classification of structural batteries in terms of functionality of carbon fibers and issues and efforts in the battery and discusses the prospect of structural batteries.

전기저항 평가법을 이용한 CNT 함유 에폭시의 탄소섬유내 젖음성 및계면특성 예측 연구

권동준 ( Dong Jun Kwon ),박종규 ( Jin Yeong Choi ),박종만 ( Pyeong Su Shin ),최진영 ( Hyung Ik Lee ),신평수 ( Min Gyeong Lee ),이형익 ( Jong Kyoo Park ),이민경 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2015 Composites research Vol.28 No.4

본 연구에서는 탄소 나노복합재료 수지의 분산도를 평가하기 위해 전기저항 측정방법을 활용한 평가 예측 연구를 시도하였다. 탄소 나노복합재료 수지을 탄소섬유 토우에 떨어뜨려 탄소섬유의 배열 변화에 따른 전기저항 변화도를 이용하여 분산도를 평가하였다. 분산도가 균일한 탄소 나노복합재료 수지의 상태는 섬유 토우의배열을 변화시키더라도, 섬유들 사이에 CNT의 영향으로 전기적 접촉면을 생성시켜 비교적 낮은 전기저항 변화도를 나타낸다. 그러나 불균일한 나노입자 분산상태의 수지는 탄소섬유 토우의 필터링 현상에 나노입자와 에폭시가 분리되었다. 탄소섬유의 전기저항 변화도는 크게 변화되며, 이러한 전기저항 변화도의 크기차이를 이용하여분산도를 분석할 수 있었다. 나노복합재료 수지 적용 섬유강화 복합재료의 ILSS 측정 결과와 전기저항 측정법을이용한 분산도 평가 결과간의 상관관계를 비교하였다. 균일한 분산도 상태의 나노복합수지를 이용한 경우가 섬유강화 복합재료화 하였을 경우 우수한 계면 특성을 확인하였다. As a new method to predict the degree of dispersion in carbon nanocomposites, the electrical resistance (ER) method has been evaluated. After CNT epoxy resin was dropped on CF tow, the change in electrical resistance of carbon fiber tow was measured to evaluate dispersion condition in CNT epoxy resin. Good dispersion of CNTs in carbon nanocomposite exhibited low change in ER due to wetted resin penetrated on CF tow. However, because CNT network was formed among CFs, non-uniform dispersion occurred due to nanoparticle filtering effect by CF tow. The change in ER for poor dispersion exhibited large ER signal change. The change in ER was used for the dispersion evaluation of CNT epoxy resin. Correlation between interlaminar shear strength (ILSS) and dispersion condition by ER method was established. Good CNT dispersion in nanocomposites led to good interfacial properties of fiberreinforced nanocomposites.