[논문]형상기억고분자 복합재료 안테나의 제조 및 전개 거동 분석

안용산; 김진수; 구남서; 박미선; 김연태; 박종규; 유웅열

doi:10.7234/composres.2018.31.6.347

형상기억고분자 복합재료 안테나의 제조 및 전개 거동 분석
Preparation and Analysis of the Deployment Behavior of Shape Memory Polymer Composite Antennas 원문보기

Composites research = 복합재료, v.31 no.6, 2018년, pp.347 - 354

안용산 (Department of Materials Science and Engineering and Research Institute of Advanced Materials, Seoul National University) , 김진수 (Department of Materials Science and Engineering and Research Institute of Advanced Materials, Seoul National University) , 구남서 (Department of Advanced Technology Fusion, Konkuk University) , 박미선 (Agency for Defense Development) , 김연태 (Agency for Defense Development) , 박종규 (Agency for Defense Development) , 유웅열 (Department of Materials Science and Engineering and Research Institute of Advanced Materials, Seoul National University)

초록
AI-Helper

형상기억고분자 복합재료는 가볍고, 변형률이 크며, 좋은 가공성과 비용적인 측면에서의 장점으로 우주환경에서 사용되는 전개형 안테나 재료로의 활용이 검토되고 있다. 본 연구에서는 탄소나노튜브를 보강재로 하여 물성이 향상된 형상기억고분자 복합재료를 제조하고, 이를 사용하여 전개형 안테나를 제작하였다. 탄소나노튜브를 형상기억고분자 기지재 안에 분산시키기 위해 다양한 방법이 사용되었고 물성적인 측면에서 우수한 분산 방법을 탐색하였다. 이렇게 제조된 형상기억고분자 복합재료의 형상기억거동을 평가하였고 형상기억고분자 복합재료 안테나의 전개 거동을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Shape memory polymer composites have been studied for deployable antennas in space because they have advantages of lightweight, large deformability, good processability, and low cost. In this research, shape memory polymer composites (SMPCs) were manufactured using carbon nanotubes (CNTs) as reinforcements and were used to fabricate SMPC antenna. The SMPCs were prepared by dispersing CNTs in the polymer matrix. Various dispersion methods were investigated to determine the most suitable one, focusing on the mechanical properties of SMPCs including their fracture behavior. The shape memory properties of SMPCs were measured and finally, the deployment behavior of the SMPC antenna was analyzed.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Materials used to synthesize shape memory polymer
그림 Fig. 2. Typical stress-strain curve of the shape memory test of SMP
그림 Fig. 3. (a) Dimensions of an antenna, (b) angle of the folded antenna, and (c) angle of the recovered antenna
그림 Fig. 5. Procedure of folding-deploying test of SMPC antenna. (a) folding (programming) process, (b) deploying (recovery) process
그림 Fig. 4. Folding device of SMPC antenna for deployment test
$Fig. 6. Morphologies of the fracture surfaces of (a) SMPC1, (c) SMPC2, and (e) SMPC3. (b), (d), and (f) are high–resolution images of (a), (c), and (e), respectively$ 그림 Fig. 6. Morphologies of the fracture surfaces of (a) SMPC1, (c) SMPC2, and (e) SMPC3. (b), (d), and (f) are high–resolution images of (a), (c), and (e), respectively
그림 Fig. 7. The stress-strain curve of SMPCs (a) above the transition temperature and (b) below the transition temperature
표 Table 1. Transition temperatures of the SMP and SMPCs
그림 Fig. 8. The mechanical properties of SMPCs. (a) Elastic modulus, (b) tensile strength, and (c) elongation at break. The red circles and the black squares represent the test results above and below the transition temperature, respectively
그림 Fig. 9. Shape memory test results of the SMP and SMPCs
그림 Fig. 10. The deployment behavior of the SMPC antenna
표 Table 2. Shape memory properties of the SMP and SMPCs
표 Table 3. Shape recovery ratio of the SMP and SMPC antenna

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 탄소나노튜브를 보강재로 하여 우주용 안테나에 사용하기 위한 고강도의 형상기억고분자 복합재료 안테나를 제조하였고 전개 실험을 통해 전개 성능을 평가하였다. 다양한 제조법 중 프로브 타입 초음파 분산 장치를 활용한 제조법이 탄소나노튜브를 고분자 기지재 안에 가장 잘 분산시켰다.

제안 방법

본 연구에서는 다양한 방법으로 MWNT를 SMP기지재 안에 분산시키고 특성을 분석하여 효율적인 분산방법을 탐색하였다. 또한 SMPC 안테나를 제작하고 전개 실험을 수행하여 안테나의 전개 거동을 분석하였다.
나노복합재료의 기계적 물성을 향상시키기 위해서는 나노 재료를 고분자 기지재 안에 안정적으로 분산시키는 것이 중요하다[16]. 본 연구에서는 다양한 방법으로 MWNT를 SMP기지재 안에 분산시키고 특성을 분석하여 효율적인 분산방법을 탐색하였다. 또한 SMPC 안테나를 제작하고 전개 실험을 수행하여 안테나의 전개 거동을 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 에폭시 기반의 SMP와 MWNT를 보강재로 사용하여 SMPC를 제조하였다. 에폭시 수지(Epofix^®,Struers, 덴마크, 20℃에서 점도 550 cP), 경화제(Jeffamine D-230, Huntsman, 미국), MWNT (MR99, ㈜카본나노텍, 대한민국, 지름 5~15 nm, 길이 약 10 μm)는 별도의 처리 없이 사용되었다.
본 연구에서는 에폭시 기반의 SMP와 MWNT를 보강재로 사용하여 SMPC를 제조하였다. 에폭시 수지(Epofix^®,Struers, 덴마크, 20℃에서 점도 550 cP), 경화제(Jeffamine D-230, Huntsman, 미국), MWNT (MR99, ㈜카본나노텍, 대한민국, 지름 5~15 nm, 길이 약 10 μm)는 별도의 처리 없이 사용되었다. 사용한 에폭시 수지와 경화제를 Fig.

성능/효과

본 연구에서는 탄소나노튜브를 보강재로 하여 우주용 안테나에 사용하기 위한 고강도의 형상기억고분자 복합재료 안테나를 제조하였고 전개 실험을 통해 전개 성능을 평가하였다. 다양한 제조법 중 프로브 타입 초음파 분산 장치를 활용한 제조법이 탄소나노튜브를 고분자 기지재 안에 가장 잘 분산시켰다. 제조한 복합재료는 순수한 형상기억고분자에 비해 형상 회복률이 감소했지만 고정률과 기계적 물성이 크게 향상되었다.
다양한 제조법 중 프로브 타입 초음파 분산 장치를 활용한 제조법이 탄소나노튜브를 고분자 기지재 안에 가장 잘 분산시켰다. 제조한 복합재료는 순수한 형상기억고분자에 비해 형상 회복률이 감소했지만 고정률과 기계적 물성이 크게 향상되었다. 안테나의 전개 실험 결과 안테나가 100%에 가까운 형상 회복률을 보였으며 반사체로써 역할을 하기 위해서는 더 많은 연구가 더 필요할 것으로 보인다.

후속연구

제조한 복합재료는 순수한 형상기억고분자에 비해 형상 회복률이 감소했지만 고정률과 기계적 물성이 크게 향상되었다. 안테나의 전개 실험 결과 안테나가 100%에 가까운 형상 회복률을 보였으며 반사체로써 역할을 하기 위해서는 더 많은 연구가 더 필요할 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	형상기억고분자(SMP)란 무엇입니까?	형상기억고분자(Shape memory polymer, SMP)는 임시형상으로 변형된 후 특정한 외부자극에 의해 원래의 모양으로 되돌아가는 성질을 지닌 스마트 고분자를 일컫는다. SMP는 형상기억합금에 비해 가볍고, 변형률이 크고, 비용이 저렴하며, 가공성이 좋다는 장점이 있어 형상기억합금의 대체 재료로 각광받고 있다[1].
	우주환경에 따른 형상기억고분자 복합재료 안테나의 내구성을 검증하는 연구가 필요한 이유는?	또한 우주 환경은 가혹한 온도 변화, 자외선과 감마선 복사, 활성 산소, 우주 잔해 등이 있어 고분자로 이루어진 부품의 물성을 감소시키는 원인이 된다. 이에 따라 가혹한 우주 환경에 따른 형상기억고분자 복합재료 안테나의 내구성을 검증하는 연구가 뒤따라야 할 것이다.
	SMP의 장점은 무엇입니까?	형상기억고분자(Shape memory polymer, SMP)는 임시형상으로 변형된 후 특정한 외부자극에 의해 원래의 모양으로 되돌아가는 성질을 지닌 스마트 고분자를 일컫는다. SMP는 형상기억합금에 비해 가볍고, 변형률이 크고, 비용이 저렴하며, 가공성이 좋다는 장점이 있어 형상기억합금의 대체 재료로 각광받고 있다[1]. 특히 항공우주재료로써 큰 잠재력을 지니고 있는데, 전개형 안테나[2,3], 모핑 날개[4,5], 태양열 패널[6,7] 등의 우주구조체에 힌지[8-11]와 트러스 붐[12-14] 형태로 사용될 수 있다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증