루테늄촉매 활성정도에 따른 유리섬유/폴리다이사이클로펜타다이엔 복합재료의 기계 및 계면물성 변화

신평수 ( Pyeong-su Shin ),김종현 ( Jong-hyun Kim ),백영민 ( Yeong-min Baek ),박하승 ( Ha-seung Park ),권동준 ( Dong-jun Kwon ),박종만 ( Joung-man Park ) 한국접착및계면학회 2018 접착 및 계면 Vol.19 No.1

루테늄촉매는 대기중에 노출되었을 때, 촉매활성정도가 떨어지게 된다. 루테늄 촉매의 촉매 활성변화를 대기노출 일수에 따라 표면장력방법을 이용하여 정량적으로 확인하였다. 각 대기노출일수에 따른 루테늄 촉매를 이용하여 DCPD 중합 후 기계 및 계면물성변화를 확인하였다. 희석제와 10:1로 섞인 루테늄 촉매를 대기 중에 노출 시킨 후 각 일수에 따라 색깔 관찰하였다. 윌헴리 및 PTFE를 이용하여 표면장력을 구하고 이를 촉매활성 정도와 연관시켰다. 각 촉매를 이용하여 DCPD를 중합시키는 데 발열량을 실시간으로 측정하였다. 경화 후 p-DCPD에 대하여 인장강도를 측정하여 물성감소 정도를 확인하였다. 또한, 유리섬유 간 마이크로드롭렛 풀 아웃 실험을 통하여 계면물성 또한 파악하였다. 표면장력방법을 통하여 촉매활성 정도를 확인하였을 때, 4일까지는 33 dyne/cm로 안정적이었지만, 6일 이후로 표면장력이 34 dyne/cm 이상 증가하는 것을 확인하였고, 이는 촉매의 산화와 연관시킬 수 있었다. 기계적 물성 확인하였을 때, 인장강도 및 계면강도 또한 6일 (인장강도: 38 MPa. 계면전단강도: 26 MPa) 까지는 안정적이었지만 10일 (인장강도: 15 MP. 계면전단강도: 3 MPa) 이후로 물성이 급격하게 감소하는 것을 확인하였다. At ruthenium (Ru) catalyst was exposed from the atmosphere, the degree of catalyst activation decreased. The change of catalyst activity with the number of days of exposure to air for the Ru catalyst was confirmed using the surface tension method quantitatively. Mechanical properties and surfactant change after polymerization by DCPD using Ru catalyst for each air exposure day was evaluated. The Ru catalyst mixed with a dilution agent was exposed in the air and color was monitored for each day. Surface tension was measured using Wilhelmy and PTFE and associated with different catalyst activities. Heat was measured in real time during polymerizing DCPD with Ru catalyst. After polymerization, tensile strength was measured for p-DCPD and the change of material property was measured. Interfacial properties were also evaluated via microdroplet pull-out tests between glass fiber and p-DCPD. The surface tension was stable until the 4 days (33 dyne/cm) whereas the surface energy increased at the 10 days (34 dyne/cm), which could be correlated with oxidation of the catalyst. Tensile property and interfacial shear strength (IFSS) was also stable until the 4 days (tensile strength: 38 MPa and IFSS: 26 MPa) whereas the mechanical property decrease at 10 days (tensile strength: 15 MPa and IFSS: 3 MPa) dramatically.

염수 노화처리 일수에 따른 유리섬유 에폭시간의 기계적 및 계면 물성 변화 평가

신평수 ( Pyeong Su Shin ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),권동준 ( Dong Jun Kwon ),최진영 ( Jin Yeong Choi ),이상일 ( Sang Il Lee ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2015 Composites research Vol.28 No.1

복합재의 고강성을 얻기 위하여 매트릭스 및 섬유 각각의 물성도 중요하지만, 매트릭스와 섬유간 계면접착력이 매우 중요하다. 바닷물이 계면을 침투하게 되면 계면물성이 낮아지게 되고, 복합재의 균열이 일어나게 될 것이다. 이번 실험에서, 물리적/계면 시험법과 미세역학 시험법을 이용하여 유리섬유 노화일수에 따른 계면물성변화를 연구하였다. 유리섬유의 기계적 물성변화는 단섬유 인장시험을 통해 조사했다. 유리섬유의 계면물성 변화는 비파괴 음향방출과 피로시험을 응용한 미세역학 시험을 통해 조사했다. 피로강도의 변화를 통하여 유리섬유와 에폭시간의 상대적인 계면물성을 평가하였다. 실험결과, 염수노화 일수에 따라 유리섬유의 직경이 감소하는 것을 관찰하였고, 미처리의 경우보다 기계적 및 계면 물성 감소를 나타내었다. Although it is important to have high strength of each of fiber and matrix, interface between fiber and matrix is most important. If NaCl water penetrates the interface, that area will be weak. So experiment about increasing interfacial strength is in process. In this study, the change of properties by mechanical, interfacial and micromechanical tests was observed after NaCl and aging treatment. The changes in mechanical properties of glass fiber were investigated using single-fiber tensile test. Interfacial properties between glass fiber and epoxy resin were evaluated using nondestructive acoustic emission (AE) and micromechanical test applied to fatigue test. Through change of fatigue properties, relative interfacial properties were evaluate. In conclusion, glass fiber diameter decreased and the reduction of mechanical and interfacial was observed with NaCl solution and aging treatment.

열경화성 에폭시섬유의 제조 및 3D 프린팅용 New 계면평가

신평수(Pyeong-Su Shin),김종현(Jong-Hyun Kim),황태경(Tae-Kyung Hwang),정상기(Sang-Ki Jeong),정승민(Seungmin Jeong),김현진(Hyun-Jin Kim),이보미(Bo-Mi Lee),고종태(Jong-Tae Ko),박종만(Joung-Man Park) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.11

아크릴 및 에폭시 접착제의 화학적 구조에 따른 유리섬유 복합재료의 기계적 및 계면 물성 변화 평가

신평수 ( Pyeong Su Shin ),김종현 ( Jong Hyun Kim ),최진영 ( Jin Yeong Choi ),권동준 ( Dong Jun Kwon ),이상일 ( Sang Il Lee ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2016 Composites research Vol.29 No.2

접착제는 구조물에 두 가지 복합재료를 연결하는 데 사용된다. 과거의 연결방식인 볼트, 리벳, 그리고 핫멜트 방식과는 다르게 접착제의 경우 위와 같은 재료를 필요로 하지 않는다. 이는 복합재료의 경량화 및 연결부위로 인한 응력 집중점이 없다는 장점이 있다. 본 연구에서는 아크릴계 및 비스페놀-A형 에폭시계 접착제, 더 나아가 탄소나노튜브 강화재를 투입했을 때에 기계적 및 계면특성을 파악하였다. 접착제 자체의 기계적 강도 변화를 보았고, 전단 및 전단 피로실험을 통하여 물리적 특성을 파악하였다. 전단 실험 후에 파단면을 반사현미경을 통하여 관찰하였다. 실험결과 비스페놀-A계 에폭시 접착제를 사용했을 때의 인장강도 및 기계적 피로 저항성이 아크릴 접착제 보다 좋은 것을 확인했다. 또한 탄소나노튜브 입자를 에폭시 접착제에 첨가했을 때 기계적 향상을 확인했다. An adhesive can be used to connect two different materials in structures. In comparing with other connecting methods, such as bolt, rivet, and hot melting, the adhesive does not need to use them. It leads to reduce the weight and decrease the stress concentration along the connecting line. This work studied the comparison of mechanical and interfacial properties of commonly-used two adhesives, acrylic type and bisphenol-A epoxy type. Tensile and flexural strength of neat adhesives were also compared. Lap shear test of two adhesives was deduced from the measurement of tensile and fatigue tests. After testing, the failure patterns of adhesive surfaces were observed by a microscope. Tensile strength and mechanical fatigue resistance at using bisphenol-A epoxy adhesive were better than acrylic adhesive. Also adding CNT reinforcement in epoxy adhesive can anticipate mechanical improvement.

기지재의 가교밀도에 따른 유리섬유 복합재료의 염수노화 후 계면 및 기계적 물성

신평수 ( Pyeong-su Shin ),김종현 ( Jong-hyun Kim ),백영민 ( Yeong-min Baek ),박하승 ( Ha-seung Park ),권동준 ( Dong-jun Kwon ),박종만 ( Joung-man Park ) 한국복합재료학회 2018 Composites research Vol.31 No.5

복합재료 기지재의 화학적 조성을 다르게 했을 때 염수처리 후 복합재료의 상태 및 물성을 파악하였다. 기지재는 2가지 종류의 에폭시 기지재와 3가지 종류의 경화제(아민계, 산 무수물계, 그리고 아마이드계) 이용하여 기지재의 유연성을 조절하였다. 각 복합재료에 염수 가속화 실험을 위해 염화나트륨 6 wt% 조건에 60℃ 가하여 0, 15, 30일 처리하였다. 처리 후에 복합재료의 단면적을 관찰하였고, 기계 및 계면 평가를 실시하였다. 아민계를 이용한 복합재료의 가교밀도, 기계 및 계면 물성이 가장 좋은데 반해, 수분흡수율은 가장 작은 것을 확인하였다. 이는 물분자가 유리섬유와 다른 가교밀도의 에폭시 기지재간의 계면으로 침투가 어렵기 때문이다. 이는 복합재료가 염수에 잘 견딜 수 있는 요인으로 작용할 수 있다. Condition and properties of composites with different chemical structure of epoxy matrix were observed after saline solution treatment. Epoxy was used as matrix and the flexibility was controlled by using 2 typed-epoxies and 3 types hardeners (amine, acid anhydride and amide). Saline water treatment was conducted with 6 wt% NaCl solution at 60℃ for 0, 15, and 30 days. Cross section was observed and interfacial and mechanical and properties was evaluated. Amine type exhibited the highest crosslinking density and mechanical and interfacial properties whereas water absorbance was lowest. It is because that the water molecules can be hardly penetrate into the epoxy matrix or the interface between epoxy and glass fiber and it leads to saline water resistance of composites.

산 무수물계 및 아민계 경화제를 이용한 열경화성 에폭시 섬유 제조 및 물성

신평수 ( Pyeong-su Shin ),김종현 ( Jong-hyun Kim ),박하승 ( Ha-seung Park ),백영민 ( Yeong-min Baek ),권동준 ( Dong-jun Kwon ),박종만 ( Joung-man Park ) 한국복합재료학회 2016 Composites research Vol.29 No.6

흔히 사용되는 고분자는 다양한 형태로 제조되고 있다. 더 나아가, 나일론, 아라미드와 같은 연속적인 고분자 섬유가 최근에 제조되고 있다. 이번 실험에서 에폭시를 이용하여 고분자 섬유를 제조하였다. 비스페놀-A 타입의 에폭시가 사용되었고, 아민계 및 산 무수물계 경화제가 사용되었다. 에폭시 형상을 유지하기 위해 단계적 승온방식을 이용하여 에폭시 섬유를 경화했다. 계면접착력을 확인하기 위하여 두 섬유에 대한 상대적인 표면에너지를 수정된 정적 접촉각 방식으로 확인하였다. 인장실험을 통하여 기계적인 실험을 실시하였다. 인장실험 후에 파단형태가 경화제에 따라 달라지는 것을 확인하였다. 아민계 경화제를 사용한 에폭시 섬유의 경우 인장강도가 183 MPa로 70 MPa인 산 무수물계 경화제를 사용한 에폭시를 사용한 에폭시 섬유보다 더 좋은 것을 확인하였다. Commonly-used polymers are manufactured as versatile forms. Furthermore, continuous polymer fibers are recently manufactured using nylon or aramid fiber. One of common epoxy was also used to make polymer fibers. Bisphenol-A type was used as base epoxy whereas amine and anhydride were used as hardeners. Epoxy fibers was cured by stepping up the temperature to maintain the shape of epoxy fiber. Surface energy was measured to confirm the degree of interfacial adhesion by modified static contact angle method. After mechanical properties were measured via fiber tensile test, the evaluation of fiber fracture was proceeded. Tensile strength of epoxy fiber using amine type hardener was higher as 138 MPa than anhydride case as 70 MPa. Fractured surface exhibited different failure patterns at the cross-section.

에폭시 배합비에 따른 내열성 복합재료 최적조건

신평수 ( Pyeong Su Shin ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),권동준 ( Dong Jun Kwon ),최진영 ( Jin Yeong Choi ),성일 ( Ill Sung ),진달샘 ( Dal Saem Jin ),강석원 ( Suk Won Kang ),김정철 ( Jeong Cheol Kim ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.4

2개 이상의 에폭시 기지재의 배합비를 이용하여 최적의 에폭시 복합재료를 제조하였다. 이 실험에서 노볼락계 에폭시 및 아이소시아네이트계 에폭시를 기지재로 사용하였다. 그에 따라 화학적 조성의 변화를 이용하여 다양한 실험을 통한 최적의 에폭시 배합비를 유추하였고, 에폭시의 내열성 및 계면을 파악하기 위하여 열중량측 정기를 이용하여 유리전이온도의 변화를 파악하였고 정적 접촉각을 측정하였다. 기계적 물성을 파악하기 위하여 에폭시 배합비에 따른 유리섬유/에폭시 복합재료의 인장, 압축, 굴곡강도를 상온에서 및 노화시간에 따라 파악하였다. 에폭시와 유리섬유간 계면을 개념도로 나타냈다. 시험 결과 에폭시 배합비에 따른 적외선 피크 및 유리전 이온도 변화를 확인하였다. 서로 다른 에폭시의 배합비가 1:1일 때 기계적물성이 상대적으로 좋은 것을 확인하였다. Composites Research : The optimum condition of glass fiber/epoxy composites was investigated according to mixing ratio of two epoxy matrices. Novolac type epoxy and isocyanate modified epoxy were used as composites matrix. Based on chemical composition of mixing matrix, optimum mixing ratio of epoxy resins was obtained through various experiments. In order to investigate thermal stability and interface of epoxy resin, glass transition temperature was observed by DSC instrument, and static contact angle was measured by reflecting microscope. Change of IR peak and Tg was conformed according to different epoxy mixing ratio. After fabrication of glass fiber/epoxy composites, tensile, compression, and flexural properties were tested by UTM by room and high temperature. The composites exhibited best mechanical properties when epoxy mixing ratio was 1:1.

열처리된 Pine/탄소섬유 복합재료의 기계적 및 계면물성 향상을 위한 최적 조건

신평수,김종현,박하승,백영민,권동준,박종만,Shin, Pyeong-Su,Kim, Jong-Hyun,Park, Ha-Seung,Baek, Yeong-Min,Kwon, Dong-Jun,Park, Joung-Man 한국복합재료학회 2017 Composites research Vol.30 No.4

취성을 가진 섬유강화플라스틱은 충격을 받을 때 충격에너지를 흡수하면서 섬유와 기지재 간 계면에서 탈착 및 박리가 일어난다. 이는 복합재료의 에너지 충격흡수정도의 지표로 삼을 수 있다. 복합재료의 취성을 해결하기 위해 pine과 복합재료의 접착에 대한 연구가 되어 지고 있다. 이번 연구에서는 열처리 된 pine이 탄소섬유강화복합재료와 에폭시 접착제를 이용하여 접착되었다. 최적의 열처리 조건을 확인하기 위해, pine을 160도 및 200도 조건하에 열처리를 하였다. Pine 및 pine/탄소섬유복합재료의 기계적 및 계면물성을 파악하기 위해 인장, 인장중첩전단 및 아이조드 실험을 하였다. 또한, 열처리에 따른 나뭇결간의 결합력을 확인하기 위해 나뭇결 수직방향으로 인장시편 제조 후 파단될 때 탄성파를 음향방출시스템을 이용하여 분석하였다. 160도 조건으로 열처리 했을 때 나무강화 효과로 기계, 계면 및 나뭇결간의 결합력이 좋은 것을 확인하였다. 그러나 과한 열을 주게 되면 열에 약한 헤미셀룰로오스가 분해되면서 잡아주는 인자가 줄어들어 물성이 감소하였다. The brittle nature in most FRP composites is accompanying other forms of energy absorption mechanisms such as fibre-matrix interface debonding and ply delamination. It could play an important role on the energy absorption capability of composite structures. To solve the brittle nature, the adhesion between pines and composites was studied. Thermal treated pines were attached on carbon fiber reinforced polymer (CFRP) by epoxy adhesives. To find the optimum condition of thermal treatment for pine, two different thermal treatments at 160 and $200^{\circ}C$ were compared to the neat case. To evaluate mechanical and interfacial properties of pines and pine/CFRP composites, tensile, lap shear and Izod test were carried out. The bonding force of pine grains was measured by tensile test at transverse direction and the elastic wave from fracture of pines was analyzed. The mechanical, interfacial properties and bonding force at $160^{\circ}C$ treated pine were highest due to the reinforced effect of pine. However, excessive thermal treatment resulted in the degradation of hemicellulose and leads to the deterioration in mechanical and interfacial properties.

고온과 한발이 콩의 수량 및 품질에 미치는 영향

신평,상완규,김준환,이윤호,백재경,권동원,조정일,서명철,Shin, Pyeong,Sang, Wan-Gyu,Kim, Jun-Hwan,Lee, Yun-ho,Baek, Jae-Kyeong,Kwon, Dong-Won,Cho, Jung-Il,Seo, Myung-Chul 한국작물학회 2020 한국작물학회지 Vol.65 No.4

본 연구는 2017년과 2018년의 기상을 가지고 연도별에 따른 대원, 대풍2호, 풍산나물콩의 생육 및 수량구성요소와 종자 크기, 지방, 단백질 함량을 분석하였다. 두 연도별 생육 시기를 보면 대원과 대풍2호에서 2018년이 2017년보다 생육 시기가 빠른 경향을 보였으나 풍산나물콩은 큰 차이가 없었다. 생육 기간 중 R1~R5에서 평균기온은 모든 품종에서 2018년이 2017년보다 높은 반면에 강수량은 풍산나물콩을 제외한 모든 품종에서 2018년이 2017년보다 적었다. 수분모형으로 각 연도의 일별 토양수분함량을 예측한 결과 2018년이 2017년보다 한발 기간이 길었고 개화시부터 종실비대기 이전까지 한발이 지속된 것으로 예측되었다. 종실 수량과 백립중은 2017년이 2018년보다 더 컸으며, 종실 크기는 2017년의 종실이 2018년보다 큰 경향을 나타내었다. 지방 함량은 모든 품종에서 2017년의 지방함량이 2018년보다 많았고 대풍2호, 대원이 연도별 기상에 따른 큰 차이를 보였다. 반면 단백질 함량은 2018년이 2017년보다 높은 경향을 보였지만 품종별 차이를 나타내었다. 결과적으로 2018년의 개화시부터 종실비대시 이전 기간이 2017년보다 평균기온이 높고 강수량이 적은 기상으로 인하여 콩의 수량, 지방 및 단백질 함량에 영향을 주었다. 이번 연구를 통하여 고온과 한발에 내성이 있음과 동시에 품질 감소가 저하되는 콩 품종 개발 및 재배 연구가 활발하게 이루어질 것이라 생각된다.

탄소나노튜브/아교 접착제를 이용한 돌침대용 목재 샌드위치 복합재의 계면, 열적 및 방수특성 증가

김종현,권동준,신평수,백영민,박하승,문선옥,박종만,Kim, Jong-Hyun,Kwon, Dong-Jun,Shin, Pyeong-Su,Baek, Yeong-Min,Park, Ha-Seung,Moon, Sun-Ok,Park, Joung-Man 한국복합재료학회 2017 Composites research Vol.30 No.4

Animal glue, a water-soluble adhesive, has been used historically for high-performance traditional furniture despite the disadvantage of weakness against moisture. Many scientists studied the ways to improve water resistance of animal glue. Improvements on the interfacial, thermal, and water resistance properties of wood sandwich composites (WSC) was studied with carbon nanotube (CNT) wt% in animal glue. Real-time temperature of WSC was measured after WSC was heated with increasing CNT wt%. Lap shear test was performed to determine the interfacial properties of wood and animal glue with CNTs. Water resistance properties of animal glue were determined by lap shear test using specimens dipped in water and the results were compared with the dry case. Hydrophobicity of animal glue by static contact angle was correlated with the variation of lap shear test. Interfacial, thermal, and water resistance properties for animal glue were improved with properly added CNTs. 아교는 수용성을 띄는 접착제로, 이 특징에 의해 물에 약하다는 단점에도 불구하고 전통적인 고가구에 많이 사용되어 왔다. 이러한 단점을 개선하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 탄소나노튜브를 도입에 따른 아교의 계면특성 및 열적특성 그리고 방수특성 개선에 대한 연구를 진행하였다. 탄소나노튜브의 비율이 증가함에 따라 아교를 이용하여 접착한 돌침대용 목재 샌드위치 판 상부의 실시간 온도측정을 진행하였다. 나무와 아교접착제 간의 계면특성의 변화를 알아보기 위하여 랩 전단 실험을 실시하였고, 습도가 높아짐에 따라 물성이 약해지는 아교의 단점을 개선하기 위하여 탄소나노튜브를 도입에 따른 아교의 방수특성이 개선되는지 대한 실험을 진행하였다. 랩 전단시편을 물에 담근 후 랩 전단 실험을 진행하여 기존의 결과와 비교하여 차이가 얼마나 나는지 비교하였다. 이를 증명하기 위하여 물과의 정적 접촉각을 이용해 탄소나노튜브의 함량에 따른 아교접착제의 소수성 정도를 비교하였다. 실험결과 아교 접착제에 탄소나노튜브를 도입으로 계면특성, 열적특성 및 방수특성이 개선되었다.