탄소섬유쉬트는 경량, 고강도, 우수한 내식성, 그리고 간편한 시공성 때문에 많은 종류의 철근콘크리트 부재의 보강에 사용되고 있다. 그러나 탄소섬유쉬트에 의해 보강된 철근콘크리트 부재의 파괴거동은 탄소섬유쉬트와 콘크리트 표면의 부착특성에 따라 크게 달라진다. 본 연구에서는 탄소섬유쉬트와 콘크리트 사이의 경계면에 링크요소를 이용함으로써 탄소섬유쉬트와 콘크리트 사이의 부착거동의 변화를 고려한 부착응력-미끄럼 모델을 제안하였다. 또한 이 방법의 유효성을 알아보기 위하여 탄소섬유쉬트로 보강된 철근콘크리트 보의 파괴거동에 대한 해석을 실시하여 실험결과와 비교하였다. 그 결과 본 연구에서 제안된 모델을 이용한 해석결과는 실험결과와 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다.

장섬유 CF/에폭시 복합재료를 사용하여-50℃에서 60℃ 사이의 범위에서 스팬길이를 변화시켜 충격시험으로 얻어진 임계파괴에너지의 거동을 고찰한 결과는 다음과 같다. 1. CF/에폭시 복합재료의 온도 변화에 따른 임계파괴에너지 GIC는 동일한 스팬길에서는 실온의 경우가 가장 높고, 60℃, -15℃ 그리고 -50℃의 순으로 낮게 나타났다. 2. CF/에폭시 복합재료의 스팬길이의 변화에 대한 임계 파괴에너지 GIC는 동일한 온도조건하에서는 스팬길이가 20mm인 경우가 가장 높게 나타났으나 불안정하며, 스팬길이는 40mm인 경우 임계파괴에너지 GIC는 가장 낮게 나타났으나 실험치의 흩어짐을 고려할 때 40mm인 경우의 시험편이 더 적절한 조건이라 생각된다. 3. 본 실험에 사용한 재료의 파괴기구는 섬유의 풀아웃, 섬유와 매트릭스 사이의 디본딩 그리고 매트릭스의 변형을 관찰할 수 있었으며, 이와 같은 파괴기가구 종합적으로 상호작용한다고 생각된다.

Unidirectional polymer composites were prepared using high-strength carbon fibers as reinforcement and phenolic resin as matrix precursor with keeping fiber volume fraction at 30, 40, 50 and 60% respectively. These composites were carbonized at 1000℃ and graphitised at 2600℃ in the inert atmosphere. The carbonized and graphitised composites were characterized for mechanical properties as well as microstructure. Microscopic studies were carried out of the polished surface of carbonized and graphitised composites after etching by chromic acid, to understand the effect of fiber volume fraction on oxidation at fiber-matrix interface. It is found that the flexural strength in polymer composites increases with fiber volume fraction and so does for the carbonised composites. However, the trend was found to be reversed in graphitised composites. In all the carbonized composites anisotropic region has been observed at fiber-matrix interface which transforms into columnar type microstructure upon graphitisation. The extension of strong and weak columnar type microstructure is function of fiber volume fraction. SEM microscopy of the etched surface of the sample reveal that composites containing 40% fiber volume has minimum oxidation at the interface, revealing a strong interfacial bonding.

The surface treatment of C-type isotropic pitch-based carbon fiber was carried out by anodic oxidation in 5 wt% NH4NO3 electrolyte. The changes of fiber surface and carbon fiber/ABS resin composites were characterized by SEM, XPS and mechanical properties test. The oxygen functional groups on the surface, such as hydroxyl (-C-OH), carboxyl (-COOH) groups etc., increased after oxidation. Tensile strength, flexural strength and modulus of carbon fiber/ABS composites were also enhanced. However, the impact strength decreased with the improvement of the surface adhesion between CF and matrix.

Partial mesophase (PM) pitch precursor was prepared from fluidized catalytic cracking-decant oils (FCC-DO) by chemical reaction in the presence of Br2. The PM pitch heated-treatment at 420℃ for 9 h exhibited the softening point of 297℃ with 23% yield, and 55% anisotropic content. The PM pitch precursor was melt-spun through circular nozzle by pressurized N2, stabilized at 310℃, carbonized at 700℃, 1000℃, and 1200℃. The enough stabilization introduced 16.4% of the oxygen approximately. The stacking height (Lc002) and interlayer spacing (d002) of the as-spun fibers were 4.58 nm and 3.45a and the value became minimum and maximum at 700℃ respectively in the carbonization procedure. The tensile strength increased with an increase in the heat treatment temperature exhibiting highest value of 750 MPa at 1200℃ carbonization.

The characteristics of adsorption and desorption of benzene and toluene were investigated at a fixed bed packed with the activated carbon and activated carbon fiber. Through breakthrough experiments under various feed concentration conditions, it was found that the slope of mass transfer zone and the tailing in the breakthrough curves were different from the feed conditions due to different heats of adsorption. In hot nitrogen desorption, the regeneration time and mass transfer zone of the toluene desorption curve were longer than those of the benzene desorption curve because of the difference in adsorption affinity. With an increase in the regeneration temperature, the height of roll-up and the sharpness of desorption curves increased but the regeneration times decreased. The adsorption capacities of the activated carbon and activated carbon fiber after three-time thermal regenerations decreased about 25% and 37% for benzene and 18% and 25% for toluene, respectively. To investigate the effect of the regeneration temperature on the energetic efficiency, the characteristic desorption temperatures of toluene and benzene were investigated by calculating purge gas consumption and temperature.

The present research was undertaken to evaluate the possibility of water purification filter with activated carbon fibers (ACFs) using a very low cost precursor consisting of phenolic resin coated on glass fibers. The simplified procedure involving coating, curing and activation and a very low cost glass fiber as a raw material were adopted in order to reduce manufacturing cost. The breakthrough curves of the manufactured ACFs and the commercial activated carbon (AC, Calgon F-200) were investigated in the initial concentration range from 19 to 49 ppm for benzene, toluene and ethylbenzene. From breakthrough profiles, the manufactured ACFs had significantly faster adsorption kinetics than the AC. Especially the benzene breakthrough curves, the manufactured ACF (13 g of ACF with 32% of carbon on the glass) was over the limited level (5 ppb) after flowing of 32 l at initial concentration of 15 ppm, while the commercial AC was shown about 3 ppm in initial adsorption.

Carbon fiber was reacted with gaseous silicon monoxide which is produced from pack-powder mixture at elevated temperature. As a result of the reaction, two kinds of SiC fiber were obtained. The first one was SiC fibers which were converted from carbon fiber. The fiber is constituted with polycrystal like fine grains or monolithic crystals that have a size from sub-micron to 10 μm. Their size depends on the temperature during the conversion reaction. The second one was ultra-fine SiC fibers that were found on the surface of the converted SiC fibers. The ultra-fine fibers have diameters from 0.08 to 0.2 μm and their aspect ratio were larger than 100. The chemical composit ion of the ultra-fine fibers was analyzed using an Auger electron spectroscopy. In result, the fibers consist of 51% silicon, 38% carbon and 11% oxygen by weight.

탄소섬유-에폭시 복합재료의 전파 반사특성을 전파전송 이론에 근거하여 해석하였다. 탄소섬유 복합재료의유전상수를 투과/반사법에 의해 4-12GAz 주파수 범위에서 측정하였다. 측정된 재료정수로부터 반사손실을 시편의두께와 주파수의 함수로 계산하였다. 탄소섬유 복합재료는 높은 유전상수와 도전손실 특성에 의해 전파의 반사율이 매우 높았다. 그러나 파장에 비해 시편의 두께가 작은 경우 반사손실은 두께에 매우 민감하였으며, 이는 입력 임피던스의 변화에 기인하는 것으로 해석되었다. 이러한 결과로부터 전자파 차폐를 극대화시키기 위해서는 특히 저주파 대역에서 시편의두께 조절이 매우 중요함을 제시할 수 있었다.

CO2gas중에서 산화된 활성탄소섬유를 77K에서 질소흡착에 의해 흡착등온곡선을 구하였다. 미세공부피와 외부표면적은 t-법으로 구하였으며, 평균기공크기와 기공분포는 Dubinin-Astakhov법으로 구하여 기공발당과정을 고찰하였다. 산화반응 초기(약 40% burn-off까지)에 섬유내부에 발달하는 미세공은 burn-off가 40%를 넘으면 서서히 큰 미세공으로 성장하며, burn-off가 약 60%이상되면 미세기공은 확대 또는 합체되어 점차 중기공으로 성장하는 것으로 관찰되었다. 또한 고온산화반응으로 발달한 기공은 저온에서 생성된 기공보다 크다.

등방성 피치계 탄소섬유를 Co2gas중에서 등온산화시켜 활성탄소섬유를 제조하였다. 산화된 섬유의 비표면적은 BET장치를 이용하여 측정하였다. Burn-off가 증가하여도 반응속도는 크게 감소하지 않았으며, 800˚C와 900˚C에서 산화된 섬유의 비표면적은 40%-60%의 burn-off에서 급격히 증가하다가 60%이상에서 감소하였다. 1100˚C에서 산화된 시편은 40%이상 burn-off되어도 비표면적은 크게 증가하지 않고 60%를 지나서도 계속해서 표면적이 증가하는 현상을 나타내었다. 1000˚C에서 60.4%의 burn-off가 일어난 산화섬유의 비표면적은 3,614m2/g로 가장 큰 값이 얻어졌다. 등방성 탄소섬유는 미세한 흑연결정립들이 무질서한 배향을 하고 있으며, 미세기공벽으로 작용할 수 있는 결정립층이 많기 때문에 활성탄소섬유 제조를 위한 원료로 적합하다고 판단된다.

폴리아크릴로나트릴(PAN)계 탄소섬유 및 안정화 PAN섬유를 사용하여 제조한 페놀수지 복합재료의 열주기 산화저항성에 섬유표면의 인산코팅 유.무가 미치는 영향을 조사하였다. 각 복합재료의 열주기 산화저항성은 열중량분석기의 원리를 응용하여, 공기중에서 hot zone과 cold zone을 주기적으로 반복이동하는 열충격조건에 노출되면서 초래되는 복합재료의 중량변화를 측정하여 비교하였다. 시험변수로는 hot zone에 노출된 온도, 시간 및 싸이클횟수를 선정하였다. 이 시험방법은 비교적 단순하며, 작은 크기의 시편으로도 가능하고, 중량변화가 온-라인 모니터에서 직접 감지되므로 데이타의 신뢰성이 ?다. 각 시험조건에서 인산코팅한 섬유를 사용한 복합재료가 그렇지 않은 재료보다 고온에서의 높은 산화저항성 때문에 우수한 열주기저항성을 보여 주었다. 또한 인산코팅의 존재 여부가 열주기시험 후의 탄소섬유-페놀수지 및 안정화 PAN섬유-페놀수지 복합재료의 미세구조에 미치는 영향을 조사하였다.

Recently carbon fiber reinforced plastic(CFRP) has been used structural materials in corrosive environment such as for water, chemical tank and chemical pipes. However, mechanical properties of such materials may change when CFRP are exposed to corrosive environment for long periods of time. Therefore, it is important to understand the effect of moisture absorption on mechanical properties of the CFRP. In this study, degradation behavior of immersed carbon fiber/epoxy resin composite material was investigated using acoustic emission(AE) technique. Fracture toughness test are performed on the compact tension(CT) test specimens that are pilled by two types of laminates [0˚2/90˚2]3s and [0˚2/90˚2]6sDuring the fracture toughness test, AE test was carried out to monitor the damage of CFRP by moisture absorption. In spite of the change of moisture absorption rate, the fracture toughness of CFRP was not change. As immersion time increased, AE event count numbers decreased in low amplitude range of AE for amplitude distribution histogram. The event in low amplitude range was known to be generated by debonding of matrix-fiber interface. Therefore, decrease of AE event count numbers in low amplitude range represents that debonding of matrix-fiber interface which was probably generated by moisture absorption.

강도가 각각 다른 세 종류의 프리프레그를 사용하여 일방향 CFRP를 적층하였으며, 모드 I과 모드 II 실험을 통하여 층간 파괴인성치를 고찰하였고, 또한 적층 섬유방향을 변화시킨 사교적층판의 그것도 함께 고찰하였으며, 이를 요약하면 다음과 같다. 1) 임계에너지 방출률 G 하(IC)의 값을 컴플라이언스 법, 수정 컴플라이언스 법, 그리고 보이론에 의해 계산하여 비교 검토한 결과 본 연구에서 사용한 수정식에 의한 값들이 거의 일치하였다. 2) G 하(IC) 값은 대체로 프리프레그의 C, B, A재의 순으로 높게 나타났으며, G 하(II C)의 값을 세가지 식에 의해 계산하여 비교 검토한 결과 거의 일치하였다. 3) 사교적층판의 경우 G 하(IC) 값은 [0/90] 하(6s), [0/45] 하(6s), [0/45/90] 하(6s)의 순으로 높게 나타났으며, G 하(II C)는 [0/90] 하(6s), [0/45/90] 하(6s), [0/45] 하(6s)의 순으로 높게 나타났다. 4) 사교적층판과 일방향의 임계에너지 방출률을 비교하였을 때, 모드 I의 경우 일방향의 결과가 다소 높았으며, 모드 II의 경우는 [0/45] 하(6s)의 결과는 거의 일치함을 알 수 있었다.

탄소/페놀릭 복합재의 삭마 미세구조와 특성에 대하여 설명하였다. 삭마현상은 추진제와 산화제 사이의 반응에 의한 수증기와 탄산가스의 몰분율에 의해 좌우된다. 그러나, 이 연구논문은 삭마현상이 탄소섬유의 직조형태, 직조밀도, tow크기에 의해서도 변화될 수 있음을 주사전자현미경, 밀도, 열전도도. 삭마표면등을 통해 설명했다. 3가지의 직조형태중, 3K8HS 직조구조가 3K twill구조나 12K8HS구조보다 우수한 내삭마성을 보임을 설명했다.

PAN계 탄소섬유 roving 및 fabric을 2170˚C에서 열처리 하였다. 열처리를 행하지 않은 탄소섬유 fabric과 행한 것을 사용하고, Autoclave를 이용하여, CFRP와 CFRP의 성형체를 제조하였다. 열처리를 행한 탄소섬유 roving과 행하지 않은것 및 두종류의 성형체의 분석을 통하여, 열처리에 따른 탄소섬유 및 탄소복합재의 물리적. 기계적 특성변화를 연구하였다. 열처리 후 성유의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과 탄소섬유의 직경이 6.8μ m에서 6.4μ m으로 감소하였으며, 열중량분석을 행한 결과 내산화성이 증진되었음을 알았다. 단섬유인장실험 결과 인장강도는 탄소섬유의 (3.11± 0.32)× 103 MPa 에서 열처리 섬유의 (1.87± 0.26)× 103MPa으로 감소되었으나, 탄성율은 탄소섬유의 (1.94± 0.06)× 105 MPa에서 열처리 섬유의 (2.02± 0.11)× 105MPa으로 증가하였다. 층간전단강도 측정 실험을 한 결과 그 값이 CFRP(148.8±1.6Mpa)가 CFRP(82.2±1.1Mpa)에 비하여 높음을 알 수 있었고, torch test 결과 CFRP는 층간분리 없이 매끄러운 삭마가 일어나나, GFRP는 층간분리가 발생함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 원료 석탄 핏치와 흑연화성이 우수한 THF 가용성분만을 추출한 핏치 결합재에 8H/Satin woven fabric 프리프레그 및 고탄성 및 고강도계 연속 탄소섬유 등을 보강하여 가압열성형법으로 green body 를 제조한 다음 탄화, 함침, 재탄화 및 흑연화 공정을 거쳐 열적 미 기계적물성이 우수한 CFRC를 제조하였으며, 주사전자현미경, 편광현미경, X선회절분석,열중량분석, 굴곡강도, 굴곡탄성률, 충간전단강도 등을 시험하였다. THFSP결합재를 2300˚C까지 열처리 한 다음 X선회절분석을 한 결과, 결정성이 가장 우수하여 (002) 면에서 C0/2인 값이 3.380Å였으며, 2θ값도 26.276˚로 천연흑연의 Bragg angle에 거의 접근하였으며 공기산화 반응특성을 시험하기 위하여 등온 열중량분석을 한 결과 2300˚C까지 흑연화 한 THFSP결합재가 산화에 대하여 가장 우수한 저항성을 나타내었다. 섬유용적률이 증가됨에 따라 65~70%까지는 기계적 물성이 중가하는 경향을 보였지만 그이상 섬유가 보강된 CFRC는 결합재의 부족으로 인하여 오히려 기계적 물성이 감소하였다. 또한 굴곡강도 시험후 주사전자현미경으로 파괴 단면을 관찰한 결과 THFSP결합재가 흑연화성이 우수하여 파괴시 결합재가 외력에 대한 흡수가 양호하여 보강재의 파괴를 억제했기 때문에 기계적 물성도 우수하게 나타났다.

본 연구에서는 탄소/탄소복합재료의 마모특성에 대한 탄소섬유 길이의 영향을 고찰하였다. 매트릭스 precursor로 레졸형의 페놀수지와 강화재로 표면처리를 하지않은 PAN계 단섬유형 탄소섬유를 사용하여 액상함침법으로 1회의 고온열처리 공정과 4회의 탄화공정을 통하여 탄소/탄소복합재료를 제조하였다. Disk-on-disk형의 마모시험기를 통하여 상대 마찰재로 AISI 304 stainliss steel을 사용하여 0.6MPa(61 ×103Kg/m2)의 압력과 0.71m/sec의 미끄러짐 속도하에서 측정된 탄소/탄소복합재료의 마찰계수는 0.2-0.3이었다. 마찰계수에 대한 섬유의 길이의 영향은 크게 나타나지 않았지만, 마모 속도는 섬유의 길이가 증가함에 따라 증가하는 경향이 나타났다. 본 실헙 결과를 섬유 강화 플라스틱의 마모 모델을 적용하여 고찰하여 본 결과, 섬유의 길이가 증가함에 따라 탄소/탄소복합재료의 마모 속도가 증가되는 경향은 생성된느 마모조각의 크기가 커기기 때문에 나타난 현상으로 판단되었다.

본 연구에서는 2D-woven fabric에 결합재로 페놀수지를 사용하여 성형한 CFRP의 탄화거동을 관찰하였다. TMA분석 결과 적층 두께방향에서는 365-370˚C 법선방향에서는 118-128˚C 에서 치수변화가 일어났다. 각 온도 구간별로 광학현미경으로 관찰한 결과 CFRP제조시 형성된 크랙이나 기공은 열처리온도에 따라 성장하였으며, 400-500˚C 부근에서 새로운 많은 크랙이 형성되었다. 기공률과 밀도가 400-500˚C 에서 급격히 변화한 것을 볼 때 이 구간에서 복합재 내부에서 크랙이 형성 및 성장하는 것을 알 수 있었다. 따라서 CFRP를 탄화할 때 승온속도를 구간별로 조절할 필요성이 있는 것으로 판단되었다.