수소는 연소 과정에서 산소와 반응하여 물과 열만을 생성하며 공해 물질이 배출하지 않아 깨끗한 에너지원으로 간주된다. 이러한 특징으로 산업 활동으로 비롯된 대기 오염, 이상 기후 문제 등을 해결 하기 위한 대책안으로써 수소를 활용한 신재생에너지가 세계적으로 주목받고 있다. 이에 따라 선행 연 구에서는 수직형 탱크 구조의 취약부로 평가되는 지지부 단면 변화에 따른 영향성을 평가하기 위해 수소 생산 인프라 현장 조사를 수행한 바 있으며, 현장 조사 중에 현장 설치된 수소 탱크 강재 지지부 의 부식 문제를 확인하였다. 지지부의 부식은 구조물의 전체 강성을 감소시키며, 재난(지진)에 취약해 져 수소 저장 용기가 손상으로 인한 2차 피해로 이어질 수 있다. 이에 따라 본 연구는 선행 연구의 후속 연구로써 강재 지지부의 부식 문제를 개선하고자 고강도-저중량 재료인 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)를 사용한 지지부를 개발하여 수치해석을 통해 CFRP 지지부의 내진 성능평가를 목적으로 한다. 해석에 사용된 수소 탱크는 크게 몸체, 지지부, 기초부, 앵커 볼트로 구성되어 있으며, 지지부는 높이 965mm, 75×75×9.5mm의 L형강 4개로 확인되었다. 지진 하중에 대한 동적 성능을 평가하기 위해 시간이력해석법이 사용되었으며, 적용 동적하중의 경우, ASCE의 ICC-ES에서 제시한 평가 기준에 따라 AC 156 Amplitude 100%의 인공 지진을 적용하였다. 해석 결과, CFRP 지지부와 강재 지지부 상단의 최대 변위가 각각 35.48, 32.54mm로 매우 유사한 것으로 나타났으며, Hashin Damage Criteria를 사용하여 CFRP 지지부의 최대 손상 지수를 측정한 결과 수지의 인장측에서 0.065로 확인되었다. 이는 기준 손상 지수 1 대비 매우 낮은 수준이며, 해석 결과를 종합했을 때 CFRP 지지부는 충분한 안전성을 보이는 것으로 판단된다.

현재 철근콘크리트 분야에서 부재의 철근을 FRP 보강재로 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)는 특히 내화학성이 우수하여 보수 및 보강재로 큰 장점을 가지 며, RC 구조물의 보강재로 주로 사용되고 있다. CFRP 그리드의 경우 수지를 이용하여 섬유를 결합한 형 태를 가진다. 이러한 형태는 외부의 영향에 의해 수지 혹은 섬유의 손상으로 강도 저하가 발생할 수 있다. CFRP 그리드의 산성에 대한 저항성을 침지기간에 따른 인장강도 변화량 및 SEM과 무게 변화를 통해 확인하고자 한다. 따라서 Ph 농도 1~3의 강산성에 CFRP 그리드를 침지시키는 방식을 통해 내 화학 실험을 진행한다. 황산()을 이용하여 산성 용액을 제작한 후 실험을 진행하였다. 실험은 항온장치에서 60℃의 온도로 침지기간은 30, 60, 90, 180일로 한다. 그리드의 인장강도 변화를 확인하기 위하여 기간 별 시편의 수는 5개로 하며 침지시키지 않은 그리 드를 포함하여 총 25개의 시편을 실험한다. 인장실험을 통해 변형률 및 인장강도 변화를 확인한다. 그 리드의 섬유 및 수지의 변화 확인을 위해 실험진행 전 그리드의 무게를 측정 및 SEM(전자주사현미 경) 데이터 확보 후 실험을 진행한다. 기간별 침지된 그리드와 비교를 통해 기간별 섬유 및 수지의 영 향 정도를 확인한다. 본 연구에서는 산성이 CFRP 그리드에 미치는 영향을 조사하기 위해 인장강도, SEM, 무게 변화를 통해 연구하였으며, 이를 통해 산성의 영향을 받는 CFRP 그리드 부재의 안정성을 평가하고자 한다.

PSC 공법으로 시공된 구조물에서 긴장력을 도입시키는 주요 재료인 PS 강연선은 뛰어난 성능을 보 유하고 있으나, 강재로 제작되어 부식에 취약한 단점 또한 가지고 있다. 이에 한국건설기술연구원에서 는 PS 강연선을 대체할 목적으로 비부식 탄소섬유 케이블을 개발하고 있다. 비부식 탄소섬유 케이블은 PSC 구조물에 사용될 목적으로 개발하고 있기 때문에 인장강도 등 단기 성능 외에도 크리프 및 릴랙 세이션 등 장기 성능 또한 보유하고 있어야 한다. 따라서 본 연구에서는 하중을 일정하게 유지시킨 상 태로 시편의 변형을 살펴보는 크리프 시험과 변위를 일정하게 고정시킨 후에 도입된 하중의 변화를 살펴보는 릴랙세이션 시험을 수행하여 탄소 섬유 케이블의 장기 성능을 검증해 보았다. 각 시험을 수 행하고 데이터를 분석한 결과, 본 연구에서 개발한 탄소섬유 케이블은 크리프와 릴랙세이션에 대해서 일반적으로 PSC 구조물에 사용되는 PS 강연선에 비해 동등 이상의 성능을 보유하고 있는 것으로 판 단된다.

탄소섬유 강화 플라스틱 (Carbon fiber reinforced plastics, CFRP)은 고함량의 탄소섬유 (Carbon fiber, CF)와 고분자로 이루어진 복합재료로서, 뛰어난 기계적 성능으로 항공우주, 자동차, 토목 등 다 양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 하지만 사용량 증가에 따른 폐기물의 환경문제와 추출한 재활용 탄소섬유 (Recycled carbon fiber, rCF)의 적용 가능 분야의 한계로 인해 재활용이 제한적인 실정이 다. 본 연구에서는 rCF와 CF 혼입 시멘트계 전자파 복합재를 제작하여 그 성능을 비교 분석하기 위 한 실험을 수행하였다. 구성재료는 시멘트, 잔골재, 고성능 감수제를 사용하였으며, 비교 분석을 위해 CF와 rCF를 각각 6 mm, 12 mm 길이를 0.1, 0.3, 0.5, 1.0 wt.% 함량으로 사용하였다. 전자파 복합 재의 흡수 성능 향상을 위해 각각 다른 함량의 다층 구조를 형성하였으며, 전자파 투과를 낮은 함량에 서 높은 함량 방향이 되도록 측정을 진행하였다. 전자파 차폐성능은 재령 28일 이후 네트워크 분석기 를 사용하여 자유 공간에서 측정하였으며, C-band (4~8 GHz)와 X-band (8~12 GHz) 주파수 영역 에서의 반사율과 투과율을 각각 측정하였다.

탄소보강근(Carbon Fiber Reinforced Polymer)은 탄소섬유를 에폭시로 결합한 것으로 높은 인장강 도와 강한 내부식성으로 철근대체재로 각광받고 있다. 하지만 결합재인 에폭시의 특성상 고온에 취약 하다. 따라서 고온에 노출된 탄소보강근의 인장 시험을 통해 인장강도 및 탄성계수의 변화를 관찰하고 온도별 거동특성을 파악하고자 한다. 사용된 탄소보강근의 직경은 10mm이며 나선모양의 GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer) 리브로 구성되어있다. 인장 시험체는 ASTM D 7205에 따라 강관으로 구 성된 그립부 700mm, 자유단 500mm 총길이 1,900mm로 제작하였다. 시험체 중앙부를 고온에 노출시 키기 위해 가열부 200mm의 퍼니스를 배치하였으며, 온도범위는 50~550℃이다. 시험결과 유리전이온 도인 150℃까지는 고온에 노출된 시험체가 상온 시험체에 비해 인장강도가 2.7~3.1% 감소하였으며, 탄성계수는 15.7~18.7% 감소하였다. 이후 250~550℃에서는 인장강도가 8.9~54.3% 감소하였고, 탄성 계수는 17.2~20.1% 감소하였다. 따라서 인장강도의 경우 550℃에서 최대 인장강도의 절반 이상으로 감소하는 것을 확인 하였고, 탄성계수는 인장강도에 비해 크게 감소하지 않는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 수소 자원의 활용도가 높아짐에 따라 수소 저장 용기의 내진 성능을 평가하기 위해 수소 저장 시설을 방문하여 현장 조사를 수행하였다. 외관 조사 중, 수조 저장 용기의 지지부에서 부식이 진행됨을 확인하였고, 이에 대한 대책안 으로 내부식성 재료인 CFRP로 대체하여 성능을 평가, 검증하였다. 이를 위해 현장 조사 결과를 바탕으로 상용 유한요소해석 프 로그램인 ABAQUS를 사용하였으며, 해석 결과 CFRP로 제작된 수소 저장 용기의 지지부는 강재 대비 약 12배 이상 뛰어난 성 능을 보였다. Hashin Damage Criteria를 기반으로 CFRP 지지부의 안전성 검토를 수행한 결과 최대 손상 지수가 0.065로 확인되 었다. 기초부 콘크리트의 경우, 쪼갬 및 휨 인장 응력에 대한 안전성을 검토하였으며, 허용 강도 대비 7~36%의 안전도를 보였 다. 이를 근거로 CFRP를 수소 저장 용기의 지지부에 적용하는 것은 합리적이며, 뛰어난 경제성을 보인다. 다만, 이러한 결과는 수치 해석에 의하므로 실규모 지진동 모사 시험을 통해 해석 모델의 신뢰성을 보충할 필요가 있다.

이 연구는 코르크보드를 보강하여 건축부재 및 놀이기구의 안전부재 등으로 폭넓게 활용할 것을 목적으로 코르크보드의 중층에 금속, 유리섬유, 탄소섬유를 삽입하여 보강한 3종의 코르크복합보드를 제조하였고, 코르크복합보드의 수분흡수에 따른 치수안정성 및 접착층 박리성능을 조사하였다. 코르크복합보드의 흡수율은 0.37% - 0.45%의 범위에 있었고, 코르크보드에 비해 0.61배 - 0.74배의 낮은 값을 나타내었다. 코르크복합보드의 두께팽창률은 0.92% - 1.58%의 범위에 있었고, 코르크보드 보다 1.4 - 2.4배의 높은 값을 나타내었다. 그러나 이 값들은 일반 목질보드보다 현저히 낮았고, KS규격의 12%이하를 하회하는 것이 확인되었다. 코르크복합보드의 준내수 및 내수침지박리시험후의 접착층박리율은 0%로 전혀 접착층의 박리가 일어나지 않아 우수한 내수성을 나타내었고, 흡수율과 흡수두께팽창률은 상온침지에 비해 다소 증가하였으나, 목질보드에 관한 KS규격을 하회하는 우수한 치수안정성을 나타내는 것이 확인되었다.

In this study, numerical modeling on the gas flow and off-gases in the low temperature carbonization furnace for carbon fiber was analyzed. The furnace was designed for testing carbonization process of carbon fibers made from various precursors. Nitrogen gas was used as a working gas and it was treated as an incompressible ideal gas. Three-dimensional computational fluid dynamics for steady state turbulent flow was used to analyze flow pattern and temperature field in the furnace. The off-gas mass fraction and cumulative emission gas of species were incorporated into the CFD analyses by using the user defined function(UDF). As a results, during the carbonization process, the emission of CO2 was the dominant among the off-gases, and tow moving made the flow in the furnace be uniform.

Surface free energy is an important parameter in surface and interface properties of fiber reinforced polymer composite. The BET (Brunauer, Emmett, and Teller) surface area and surface energy of the sample can be obtained by Inverse Gas Chromatography (IGC) based on the adsorption principle. In this paper, surface energy of carbon fiber bundle was tested by means of IGC under different conditions to find reliable test parameters. The main parameters involved include length, mass, and packing density of sample, target fractional surface coverage, flow rate, and maximum elution time. It is demonstrated that IGC has the advantages of simple sample preparation, stable test data, high automation, and high sensitivity for carbon fiber. Among all test conditions, packing density and flow rate have the greatest influences on the experimental results. The optimized test parameters are suitable for various kinds of carbon fiber bundles, including polyacrylonitrilebased and pitch-based carbon fibers with different tensile properties and tow sizes. Moreover, IGC can acutely characterize the surface properties of carbon fibers after carbon nanotube modification and heat treatment, which are hard to carry out using contact angle method.

Carbon nanotube fiber is a promising material in electrical and electronic applications, such as, wires, cables, batteries, and supercapacitors. But the problem of joining carbon nanotube fiber is a main obstacle for its practical development. Since the traditional joining methods are unsuitable because of low efficiency or damage to the fiber structure, new methods are urgently required. In this study, the joining between carbon nanotube fiber was realized by deposited nickel–copper doublelayer metal via a meniscus-confined localized electrochemical deposition process. The microstructures of the double-layer metal joints under different deposition voltages were observed and studied. It turned out that a complete and defect-free joint could be fabricated under a suitable voltage of 5.25 V. The images of the joint cross section and interface between deposited metal and fiber indicated that the fiber structure remained unaffected by the deposited metal, and the introduction of nickel improved interface bonding of double-layer metal joint with fiber than copper joint. The electrical and mechanical properties of the joined fibers under different deposition voltages were studied. The results show that the introduction of nickel significantly improved the electrical and mechanical properties of the joined fiber. Under a suitable deposition voltage, the resistance of the joined fiber was 37.7% of the original fiber, and the bearing capacity of the joined fiber was no less than the original fiber. Under optimized condition, the fracture mode of the joined fibers was plastic fiber fracture.

Along with the development of the automobile industry, the materials and processing technology of parts have also developed. In particular, various materials have been developed and applied to automobile bumpers, which are directly related to crash safety. In particular, the application of composite materials is expanding for weight reduction. In this study, a new composite material made of a mixture of carbon fiber and aramid fiber was developed and the possibility of application to an automobile bumper was reviewed, and significant results were obtained.

국내 건설현장에서 장스팬 구조물이 증가함에 따라 콘크리트와 강재를 조합한 충전형합성보의 적용이 증가하고 있 다. 충전형합성보는 경제적이며 시공성이 향상되고 콘크리트 축열효과에 따라 내화성도 우수하다. 충전형합성보 내부에 휨성능 을 향상시키기 위해 Re-bar로 보강하여 사용한다. 이는 콘크리트 균열에 의해 부식 되어 내력저하를 유발한다. CFRP Re-bar는 경량이며 내부식성이 우수하다. 그러나 임계온도가 250℃로 낮기 때문에 화재에 취약으로 적절한 내화피복재를 적용해야된다. 따라서 열전달해석을 통해 내부 CFRP Re-bar가 보강된 충전형합성보의 온도분포를 확인하였다. 온도 상승에 따른 휨내력을 산 정하여 피복두께를 제안하고자 한다. 해석결과 단면크기에 상관없이 콘크리트 피복두께 40mm와 뿜칠내화피복재 20mm를 적용 하면 표준화재에서 3시간 내화성능을 확보하는 것으로 평가되었다.

Commercial carbon fiber cloth (CFC) is treated by the Joule-heating pyrolysis method in air to boost its capacitive performance on the premise of energy- and time-saving considerations. A thermoelectric coupling model suitable for the Jouleheating pyrolysis is successfully established based on the comparisons between the simulated temperatures and actually measured ones. The temperature field on CFC surface induced by the Joule heat presents a concentric-ellipse shape that the temperature in the core is the maximal and gradually decays outward. Increasing the direct current (DC) voltage which is applied to the CFC from 1.0 to 6.0 V, the core temperature on the CFC surface can be raised from 31 to 519 °C. The specific surface area and hydrophilicity of the as-prepared porous CFC are greatly improved compared with the pristine one. Electrochemical test shows that the optimal Joule-heating pyrolysis parameters falls at 5.0 V and 12.5 min, and the areal specific capacitance of as-obtained CFC-5.0-12.5 is about 80 folds that of the pristine CFC. In addition to the much shorter preparation time, all the characteristics including areal specific capacitance, rate performance, and electrical conductivity of the Joule-heating pyrolyzed CFC are superior to those of the electrical furnace pyrolyzed counterpart. The aqueous symmetrical supercapacitor made of CFC-5.0-12.5 electrodes exhibits considerable power and energy densities with respect to the previously reported carbon electrode-based supercapacitors. For conductive precursors, the Joule-heating pyrolysis can be an ideal substitute for the traditional electric furnace pyrolysis.

In this paper, the mechanical properties according to the rCF weight percent(10, 20, 30, 40, 50wt%) of the rCFRP specimen were evaluated and analyzed. First, to prepare rCFRP specimens, pellets were prepared according to the type of weight percent, and rCFRP tensile specimens according to ASTM D638 were prepared using an injection molding machine. Tensile tests were performed on each of 10 specimens according to weight percent conditions, and tensile strength and modulus of elasticity were calculated. For a detailed analysis of the correlation between the internal structure of the specimen and the mechanical properties, the weight percent to the constituent materials of the rCFRP specimen was calculated using mCT and used for the analysis of mechanical properties. For a more detailed analysis, a detailed analysis of the mechanical properties of rCFRP was performed through the fracture surface analysis of the specimen using FE-SEM.