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[국내논문] Vacuum Filtration method를 이용한 단섬유(short fiber) 배열 영향성 분석
Study on the Fiber Alignment using Vacuum Filtration Method 원문보기

Composites research = 복합재료, v.36 no.3, 2023년, pp.162 - 166  

이성권 (Gyeongsang National University, Department of Mechanical System Engineering) ,  김무선 (Korea Railroad Research Institute, Urban Railroad Research Department) ,  이호용 (Korea Railroad Research Institute, Urban Railroad Research Department) ,  최성웅 (Gyeongsang National University, Department of Mechanical System Engineering)

초록
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복합재료는 일반적인 고강도 구조체에 활용성이 증가하고 있지만 최신의 복합적인 전자기기 내부 소자 등과 같은 multifunctional 재료들의 성능 특성 요구가 증가하고 있다. 기기의 방열 특성의 경우 대표적으로 요구되는 물성인 반면 복합재료의 경우 적층 공정으로 인해 수직 방향의 열적 특성 제어는 해결해야 될 문제 중 하나이다. 본 연구에서는 vacuum filtration 방법을 이용하여 Carbon fiber reinforced polymer를 제작하였다. 복합재료 제작 공정에서는 섬유들의 분산에 활용성이 가장 뛰어난 세 가지 solvent들을 사용하여 solvent의 영향을 살펴보았다. 또한 세가지의 aspect ratio를 가지는 단섬유 carbon fiber들의 수직 방향의 배열성을 확인하기 위해 현미경을 통한 morphology를 관찰하였고 제작된 시편의 열전도도 측정을 통해 배열성을 검토하였다. 시편의 열전도도 측정 결과 단섬유 carbon fiber의 aspect ratio가 낮을수록 높은 열전도도를 보였으며 through-plane 방향의 열전도도는 DMF, NMP, Acetone 순으로 각각 8.69 W/m·K, 10.32 W/m·K, 13.01 W/m·K의 증가되는 값을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Although composite materials are increasingly utilized in general high-strength structures, the demand of performance characteristics as the multifunctional materials has been increased especially in the area of complex electronic devices. While the heat dissipation properties of devices are typical...

Keyword

#열적 특성   #단섬유   #진공여과   #배열  

표/그림 (6)

AI 본문요약
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제안 방법

  • 본 연구에서는 세 가지 종류의 aspect ratio를 가지는CF들을 대상으로 vacuum filtration 방법을 이용하여 CFRP를 제작하였다. 복합재료 제작 공정에서는 섬유들의 분산에 활용성이 가장 뛰어난 세 가지 solvent들을 사용하여 solvent의 영향을 살펴보았다. CF들의 수직 방향의 배열성을 확인하기 위해 현미경을 통한 morphology를 관찰하였고 제작된 시편의 열전도도 측정을 통해 배열성을 검토하였다.
  • 시편 내부의 CF의 배열을 확인하기 위해 디지털 현미경(PRESTIGE 1.7x – 660x, TAGARNO)를 사용하여 시편 단면을 관찰하였다
  • 복합재료 제작 공정에서는 섬유들의 분산에 활용성이 가장 뛰어난 세 가지 solvent들을 사용하여 solvent의 영향을 살펴보았다. CF들의 수직 방향의 배열성을 확인하기 위해 현미경을 통한 morphology를 관찰하였고 제작된 시편의 열전도도 측정을 통해 배열성을 검토하였다.
  • 7x – 660x, TAGARNO)를 사용하여 시편 단면을 관찰하였다. TGA 분석을 통해 시편 속 CF 함량을 알아보았다.
  • 본 연구에서는 Vacuum filtration을 사용하여 CFRP를 제작하였고 세 가지 solvent와 aspect ratio를 갖는 CF를 사용하여 복합재료를 제작하였다. 현미경을 통해 제작된 시편의 단면을 관찰하였고 열전도도 측정을 통해 시편 속 CF의 배열성을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 Vacuum filtration을 사용하여 CFRP를 제작하였고 세 가지 solvent와 aspect ratio를 갖는 CF를 사용하여 복합재료를 제작하였다. 현미경을 통해 제작된 시편의 단면을 관찰하였고 열전도도 측정을 통해 시편 속 CF의 배열성을 확인하였다. 열전도도 측정 결과, Through-plane 방향이 In-plane 방향보다 높은 열전도도를 보였으며 Acetone, NMP, DMF 순으로 각각 13.

대상 데이터

  • 본 실험에서 사용할 CFRP 제작을 위해 aspect ratio가 각각 15, 20, 25인 short carbon fiber(XN-100 series, D=10 µm, Nippon Graphite Fiber Corporation)와 Epoxy(YD-114, KUKDO)를 사용하였다

이론/모형

  • 본 연구에서는 세 가지 종류의 aspect ratio를 가지는CF들을 대상으로 vacuum filtration 방법을 이용하여 CFRP를 제작하였다. 복합재료 제작 공정에서는 섬유들의 분산에 활용성이 가장 뛰어난 세 가지 solvent들을 사용하여 solvent의 영향을 살펴보았다.
  • 본 실험에서 사용할 CFRP 제작을 위해 aspect ratio가 각각 15, 20, 25인 short carbon fiber(XN-100 series, D=10 µm, Nippon Graphite Fiber Corporation)와 Epoxy(YD-114, KUKDO)를 사용하였다. 최적 분산을 위해 세 종류의 solvent인 acetone(SK chemical), DMF(JUNSEI), NMP(JUNSEI)를 사용하였다. 시편 제작을 위해 Epoxy 100 g과 Hardener 80 g, solvent 30 ml, CF 20 g를 비커에 넣은 뒤 Hot plate로 혼합용액의 온도를 50ºC로 맞추고 Homogenizer를 통해 500 RPM에서 4시간동안 혼합하였다.
  • 1과 같은 방향으로 배열되며 시편 속 강화재의 배열 방향은 In-plane과 Through-plane으로 구분하였다. 제작된 시편의 열전도도 측정을 위해 시편을 10 mm ∙ 10 mm ∙ 2 mm로 가공한 뒤 NETZSCH사의 LFA-467 모델을 사용하여 열전도도를 측정하였다.
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참고문헌 (13)

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  3. Kim, S.Y., Noh, Y.J., Jang, J.U., and Choi, S.K., "Conductive？Properties of Thermoplastic Carbon Fiber Reinforced Plastics？Highly Filled with Carbon Fiber Fabrics and Conductive Carbon Fillers," Composites Research, Vol. 34, No. 5, 2021, pp. 290-295. 

  4. Khan, Z.I., Arsad, A., Mohamad, Z., Habib, U., and Zaini,？M.A.A., "Comparative Study on the Enhancement of Thermomechanical Properties of Carbon Fiber and Glass Fiber Reinforced Epoxy Composites," Materials Today: Proceedings, Vol.？39, 2021, pp. 956-958. 

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  5. Cho, H.K., "Nano-Composite's Mechanical and Radioactive？Barrier Characteristics by Nano Size CNT & Graphite Particles？Alignment," Composites Research, Vol. 26, No. 6, 2013, pp. 355-362. 

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  7. Choi, B.K., Lee, H.J., Choi, W.K., Lee, M.K., Park, J.H., Hwang,？J.Y., and Seo, M.K., "Effect of Carbon Fiber Content on Thermal and Electrical Conductivity, EMI Shielding Efficiency, and？Radiation Energy of CMC/PVA Composite Papers with Carbon Fibers," Synthetic Metals, Vol. 273, 2021, 116708. 

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  8. Jiang, Y., Shi, X., Feng, Y., Li, S., Zhou, X., and Xie, X.,？"Enhanced Thermal Conductivity and Ideal Dielectric Properties of Epoxy Composites Containing Polymer Modified Hexagonal Boron Nitride," Composites Part A: Applied Science and？Manufacturing, Vol. 107, 2018, pp. 657-664. 

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  9. Zheng, X., Kim, S., and Park, C.W., "Enhancement of Thermal？Conductivity of Carbon Fiber-reinforced Polymer Composite？With Copper and Boron Nitride Particles," Composites Part A:？Applied Science and Manufacturing, Vol. 121, 2019, pp. 449-456. 

    상세보기

  10. Li, M., Ali, Z., Wei, X., Li, L., Song, G., Hou, X., Do, H., Greer,？J.C., Pan, Z., Lin, C.T., Jiang, N., and Yu, J., "Stress Induced Carbon Fiber Orientation for Enhanced Thermal Conductivity of？Epoxy Composites," Composites Part B: Engineering, Vol. 208,？2021, 108599. 

  11. Lee, S.K., and Choi, S.W., "Effect of the Alignment of Milled Carbon Fiber Dispersed in Various Solvents," Vol. 35, No. 1,？2022, pp. 47-51. 

  12. Pu, L., Xu, P., Xu, M., Song, J., and He, M., "Effect of Fiber on？Rheological Properties and Flow Behavior of Polymer Completion Fluids," ACS Omega, Vol. 6, No. 27, 2021, pp. 17136-17148. 

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  13. Iwamoto, S., Lee, S.H., and Endo, T., "Relationship between？Aspect Ratio and Suspension Viscosity of Wood Cellulose？Nanofibers," Polymer Journal, Vol. 46, No. 1, 2014, pp. 73-76. 

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