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.

형상이 다른 나노입자 스프레이 코팅에 따른 탄소계 강화 유리섬유와 에폭시 수지간 계면강도 관찰

권동준 ( Dong Jun Kwon ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),최진영 ( Jin Young Choi ),신평수 ( Pyeong Su Shin ),이은선 ( En Seon Lee ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.3

나노입자에 대한 복합재료 수요가 증가되면서 효과적인 나노입자 보강재를 이용한 나노복합재료 제조공정 단순화를 추구하고 있다. 본 연구에서는 나노입자를 활용하여 전도성과 계면 강도를 향상시킨 나노입자 강화유리섬유 소재에 대한 연구를 진행하였다. 탄소계 나노입자의 형상에 따른 유리섬유 표면에 흡착된 나노입자 상태를 FE-SEM으로 분석하였다. 나노입자 코팅층의 내구성을 평가하기 위한 방법으로 초음파 세척과정에 따른 나노입자의 세척 정도를 분석하여 탄소계 나노입자의 형상에 따른 나노입자 코팅층의 내구성을 분석하였다. 동적피로 실험을 통하여 나노입자 강화 유리섬유/에폭시의 계면강도를 나노입자 형상에 따른 차이에 따라 비교하였다. 나노입자 코팅층의 내구성은 단섬유 강화 복합재료시편을 이용하여 분석하였다. 겉보기 강성도 결과와 나노입자 코팅층의 전도성 변화를 분석하여 코팅층의 다기능성을 분석할 수 있었다. 판상형의 나노입자 보다는 섬유 형태의 나노입자가 유리섬유 표면에 흡착성이 용이하였다. 계면 내구성 및 안정성에 효과가 있음을 확인하였다. Manufacture of nancomposites has simple process for developing nanocomposites due to the increasing applications using nanofillers. This work studied nanofiller coated glass fiber for reinforcing material with good wetting and conductivity and the morphology of nanofiller coated glass fiber was analyzed by FE-SEM. The durability of reinforced glass fiber was investigated with different shapes of nanofillers using sonication rinsing method. Fatigue test was performed to evaluate the adhesion of reinforcing interface and stability of nanofiller coating layer for single fiber reinforced composites. Apparent modulus and conductivity of nanofiller coating layer were evaluated to realize multifunctional of nanocomposites. Fiber type of nanofiller was better than plate type due to better cohesion between fiber and nanofillers. At last, the stability of fiber type nanofiller of coating layer has better durability and conductivity than plate type case.

용매를 이용한 에폭시 희석 조건이 CNT 에폭시 복합재료 내 CNT 분산도에 미치는 영향

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

탄소나노튜브(CNT)에 에폭시를 혼합시킬 경우, 에폭시를 희석시키게 된다. 본 연구에서는 에폭시 희석 조건이 CNT 분산도에 미치는 영향을 분석한 결과이다. 사용된 아세톤, DMF에 대한 희석방법이 에폭시 수지에 미치는 영향을, 기계적 강도 및 용해도로 확인하여 최적의 용매 조건을 선정하였다. 아세톤의 경우가 DMF보다 용해도 분산결과가 우수하였고, 기계적 강도가 높은 에폭시 수지 경화상태를 확인했다. CNT 입자를 혼합시키는 과정을 총 4가지 조건으로 실시하였다. 희석 및 분산 순서에 따른 영향을 확인하기 위해 전기저항 측정법과 빛 투과 분산도 평가방법으로 CNT 에폭시의 분산상태를 조사하였다. 기계적 물성 평가와 DSC를 이용한 열분석 방법으로 최적의 분산 조건을 구하였다. CNT를 분산시킨 4가지 중에서, 에폭시와 경화제를 각각 희석시킨 후 나노입 자를 분산시키는 경우가 우수한 분산 결과를 나타내었다. In case of CNT mixing with epoxy, epoxy matrix needs to be diluted. This work studied the effect of the dilution condition of epoxy on CNT dispersion. The optimum solvent condition using acetone and DMF was found via mechanical and solubility methods which affects, the epoxy performance. The dispersion using acetone was better than the DMF and thus higher mechanical properties. Four mixing types of CNT particle were performed. To verify the effects of each step between dilution and dispersion, the dispersion between epoxy and CNT was evaluated via the electrical resistance and optical methods. The optimum dispersion was obtained via mechanical test and thermal analysis by DSC. Among four types, the best was to disperse CNT after epoxy and hardeners were diluted respectively.

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.

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.

Evaluation of interfacial and fracture property of structural composites using NDE

Dong-Jun Kwon(권동준),Seong-Beak Yang(양성백) 한국생산제조학회 2023 한국생산제조시스템학회 학술발표대회 논문집 Vol.2023 No.7

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.

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.

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.