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Dong Gi Seong(성동기) 한국고분자학회 2021 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.46 No.2
Thermoplastic polymer based carbon fiber composites have received great attentions as a lightweight structural material due to the superior advantages over the thermoset based ones in recyclability, cost effectiveness as well as good mechanical properties including impact resistance. Thermoplastic resin transfer molding using ε-caprolactam monomer, as a promising reactive process for mass-production of carbon fiber reinforced polyamide 6 composites, has some difficulties to be successfully applied to industries. In this talk, several examples on additional function materials introduced into the ε-caprolactam monomer are presented to improve the critical problems in the thermoplastic resin transfer molding such as flow instability, moisture induced termination of polymerization and degradation of property. It is expected to help the thermoplastic composite manufacturing process being successfully launched for industrial applications.
탄소섬유 강화 PA6/PPO 복합재료의 섬유 배향에 따른 충격강도 및 열팽창 거동에 관한 연구
원희정 ( Hee Jeong Won ),성동기 ( Dong Gi Seong ),이진우 ( Jin Woo Lee ),엄문광 ( Moon Kwang Um ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.2
사출 성형을 통해 제조된 단섬유 강화 복합재는 사출 성형 중 발생하는 수지 유동으로 인해 동일 시편 내에서도 다양한 섬유 배향을 갖는다. 이러한 섬유의 배향은 최종 복합재의 기계적, 열적 특성에 많은 영향을 주므로, 본 연구에서는 사출 성형된 탄소단섬유 강화 PA6/PPO 복합재의 섬유 배향을 광학 현미경 분석을 통하여 측정하고 섬유의 배향이 복합재의 충격강도 및 열팽창 계수에 미치는 영향을 분석하였다. 충격강도의 경우에 섬유의 배향이 크랙이 전파되는 방향에 수직으로 배향되어 있을수록 더 높은 충격강도를 보였으며, 이는 섬유의 배향에 따른 충격내성 강화 메커니즘과 밀접한 연관성을 보여주었다. 열팽창 계수의 경우에는 섬유가 열팽창률을 측정하는 방향과 동일한 방향으로 배향되어 있을수록 더 낮은 열팽창계수를 보였으며, 이 결과 역시 섬유의 배향이 열팽창 특성에 미치는 메커니즘과 밀접한 연관성을 보였다. Short fiber reinforced composites manufactured by injection molding have diverse fiber orientations variable with measuring positions even in the same specimen, which is caused by the flow induced fiber orientation. Fiber orientations considerably affect the mechanical and thermal properties of final composite products. In this study, fiber orientation of injection molded carbon fiber reinforced PA6/PPO composite was measured at several points of the specimen by optical microscopy analysis and the corresponding izod impact strength, coefficients of thermal expansion (CTE) were also measured to investigate the influence of local fiber orientation on the mechanical and thermal properties. Izod impact strength where fiber was perpendicular to the direction of crack propagation was higher than where fiber was parallel to the direction, which could be explained be the impact resistance reinforcing mechanism by fiber orientation. CTE was also lower where fiber was parallel to the measurement direction of CTE than where fiber was perpendicular to the direction, which could be also explained by the dimensional stability mechanism by fiber orientation.
고압 RTM 공정에서 고속 수지 유동에 의한 섬유 보강재의 변형 거동에 관한 연구
안종무 ( Jong Moo Ahn ),성동기 ( Dong Gi Seong ),이원오 ( Won Oh Lee ),엄문광 ( Moon Kwang Um ),최진호 ( Jin Ho Choi ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.1
본 연구에서는 고압 RTM 공정에서 고속 수지 유동에 의한 섬유 보강재의 변형 거동에 관한 연구를 진행 하였다. 이를 위해 섬유와 금형의 마찰계수 측정 장치와 고압 RTM 공정을 모사하여 preform 변형을 평가하는 장치를 구축하였다. 마찰계수 측정 장치를 통해 금형-섬유 간 Coulomb 마찰계수와 수력학적 마찰 계수를 측정하였고, preform 변형 평가 장치를 통해 preform의 변형이 발생할 때의 유체에 의해 작용하는 외력의 힘을 측정하였다. 마찰계수를 이용하여 마찰력을 구하고 외력과 비교하여 직물의 슬립(slip) 여부를 판별할 수 있었다. 유체에 의해 섬유에 작용하는 외력이 섬유와 금형 사이의 마찰력보다 커지게 되면 직물이 움직이는 것으로 관찰 되었으며, 이는 섬유의 체적률과 마찰계수에 주로 영향을 받는 것으로 나타났다. This paper presents the slip behavior of composite fabrics by high speed resin flow in high pressure resin transfer molding. In order to observe the fiber deformation behavior, we constructed the measuring equipment for friction coefficient between fiber and mold, and the monitoring system for deformation of fiber preform in high pressure RTM process. Coulomb friction coefficient and hydrodynamic friction coefficient between fiber preform and mold were measured and the external force induced by fluid flow causing the deformation of fiber preform was measured. Friction force calculated by friction coefficient and the external force upon fiber deformation were compared, which showed that preform deformation occurred when the external force was bigger than the friction force. The slip behavior of the fiber preform was mainly influenced by the volume fraction of fiber preform and the friction coefficient.
VARTM 공정에서 수지 함침에 따른 섬유체적율 변화의 측정 및 현상학적 모델링 연구
김신오 ( Shin O Kim ),성동기 ( Dong Gi Seong ),엄문광 ( Moon Kwang Um ),최진호 ( Jin Ho Choi ) 한국복합재료학회 2015 Composites research Vol.28 No.6
VARTM 공정에서 고분자 수지가 함침 될 때 시간에 따라 섬유보강재가 팽창하여 섬유체적율이 감소하는 현상이 발생한다. 풍력 블레이드와 같은 대형 복합재료 구조물의 경우 섬유체적율의 변동 폭이 커져 제품의 치수가 변하고 기계적 물성이 저하될 뿐 아니라 예측하지 못한 고분자 수지의 사용량이 증가하는 등의 문제점과 경제적인 손실이 발생할 여지가 증가할 수 있다. 본 연구에서는 VARTM 공정에서 수지 함침에 따른 섬유 보강재의 팽창 현상에 관한 분석을 통하여 복합재료 액상 성형 공정에서의 섬유 체적율을 조절하는 방안을 모색하였다. 그 결과 유동 선단의 진행에 따라 섬유의 팽창 현상이 크게 두 단계로 구분되어 나타나는 것을 확인하였고 각각의 단계에서 작용하는 힘을 분석함으로써 섬유의 체적율 변화에 관한 현상학적 모델을 제시하였고 1차원 편미분 수치해석과 연계하여 VARTM공정에서 수지 함침에 따른 섬유 체적율의 변화를 예측하였다. As resin impregnates through the fiber preform in vacuum assisted resin transfer molding process, the volume of fibers is changed by expansion of fiber mat according to filling time. It causes not only the change in dimension but also the decrease of mechanical properties of the composite product. Moreover, it results in the economic loss by increase of the used amount of resin especially in the large product such as wind turbine blade. In this study, the ways to control fiber volume fraction were investigated by both the experimental and theoretical analyses on the expansion of fiber preform as the preform was impregnated by resin in the VARTM process. Two kinds of swelling stage were observed as flow front progressed, which was analyzed by comparing the experimental and simulation results. The process parameters are expected to be optimized by investigating the swelling behavior of fiber preform in the manufacturing process of the composite product.
규조토를 함유한 올레핀계 폼의 기계적 물성 및 수분 제어 성능에 관한 연구
김재양 ( Jae Yang Kim ),이지은 ( Ji Eun Lee ),성동기 ( Dong Gi Seong ) 한국접착및계면학회 2021 접착 및 계면 Vol.22 No.1
여러 방면에서 사용되는 규조토를 이용한 제품은 수분흡수에 최적화되어 있지만 고경도, 가루날림, 거친 표면 느낌 등의 문제점을 지니고 있다. 이를 개선하기 위하여 경도가 낮고 탄성이 우수한 EVA (Ethylene vinyl acetate)를 이용하여 과량의 무기물을 첨가하여 수분 흡수 특성이 우수하면서도 저경도, 고탄성을 지니는 올레핀계 발포체를 제조하였다. 발포체의 수분 흡수 특성을 부여하기 위해 규조토를 첨가하였으며, 수분 흡수/건조 특성은 규조토의 함유량에 따라 약 10∼15%의 수분 흡수율과 10∼70%의 수분 건조율을 나타내었다. 본 연구를 통해 규조토가 첨가된 수분흡수형 올레핀계 발포체 제조가 가능하였으며, 발포체에 첨가된 규조토는 그 미세구조와 특징으로 인해 수분 흡수와 발산에 큰 영향을 끼친다는 것이 확인되었다. Products using diatomaceous earth, which are used in various fields, are optimized for moisture absorption, but have problems such as high hardness, powder flying, and rough surface feel. To improve this, an olefin-based foam having low hardness and high elasticity was prepared by adding an excessive amount of inorganic material using EVA (Ethylene vinyl acetate) having low hardness and excellent elasticity. Diatomaceous earth was added to impart moisture absorption characteristics of the foam, and the moisture absorption/drying characteristics showed a moisture absorption rate of about 10 to 15% and a moisture drying rate of 10 to 70% depending on the content of the diatomaceous earth. Through this study, it was possible to manufacture a water-absorbing olefin-based foam with diatomaceous earth added, and it was confirmed that the diatomaceous earth added to the foam had a great influence on water absorption and dissipation due to its microstructure and characteristics.