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영상처리를 이용한 사이징 제거 상태 측정 알고리즘과 전자파 차폐 성능을 갖는 탄소 섬유 개발
조준호(Joon-Ho Cho),전관구(Kwan-Goo Jeon) 한국산학기술학회 2017 한국산학기술학회논문지 Vol.18 No.2
본 논문에서는 복합재료로 만들기 위한 전처리 단계에서 수행한 사이징 제거 상태를 영상처리 알고리즘을 적용하여 수치적으로 나타내었고, 전자파 차폐 성능을 높이기 위해서 건식 공정 방식으로 니켈도금 탄소섬유를 제작하였다. 탄소섬유 제조에서 폴리머 종류로 감싸져 나온 사이징은 건식 코팅을 위해서는 제거해야 한다. 사이징이 제거된 상태를 주사 전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 촬영한 이미지에서 탄소 섬유의 규칙적인 패턴, 즉 상관성을 구함으로써 수치적인 값으로 나타낼 수 있다. 사이징의 제거 방식은 용액, 압축 공기와 용액과 압축공기(하이브리드)로 제거한 SEM 영상에 대하여 제안된 방법을 적용한 결과 하이브리드 방식이 우수함을 확인 할 수 있었다. 그리고 사이징이 제거된 스프레딩 탄소섬유 롤을 롤투롤 스퍼터 방식으로 니켈도금 탄소 섬유를 제작할 수 있었다. 제작된 30um, 40um 과 100um 니켈코팅 탄소섬유에 대해서 전자파 차폐 성능을 측정하였다. 한국산업기술시험원에서 100um 니켈코팅 탄소섬유의 전자파 차폐 성능을 평가한 결과 최저 66.7(dB)에서 최고 73.2(dB)의 전자파 차폐 성능을 보였다. 이것은 구리의 전자파 차폐율과 유사하여 EV/HEV자동차의 케이블로 사용될 수 있다. In this paper, the sizing removal condition for the pretreatment of composite materials is obtained numerically by applying an image processing algorithm and nickel-plated carbon fiber is fabricated by a dry process method to enhance its electromagnetic shielding performance. Sizings that are wrapped in a polymer type material during the manufacturing of carbon fiber should be removed for dry coating. A numerical value, that is the correlation, can be obtained by determining the regular pattern of the carbon fiber in the image taken by a scanning electron microscope (SEM) after the sizing is removed. The application of the proposed numerical method to the SEM image of the fiber after the sizing is removed with solution, compressed air, solution and compressed air (hybrid), showed that this method of eliminating the sizing is superior to the hybrid method. Then, by spreading the carbon fiber roll with the sizing removed, we were able to produce nickel plated carbon fiber by the roll-to-roll sputtering method. The electromagnetic shielding performance of the fabricated 30 , 40 and 100 nickel coated carbon fibers was measured. The Korea Advanced Institute of Science and Technology evaluated the electromagnetic shielding performance of the 100 nickel-coated carbon fiber to have a maximum value of 73.2 (dB) and a minimum value of 66.7 (dB). This is similar to the electromagnetic shielding rate of copper and shows that this material can be used as a cable for EV / HEV automobiles.
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