3D프린팅 기술은 산업적 응용을 넘어서 기계 설비 및 각종 장비의 부품생산뿐만 아니라 의료, 식품, 패션에 이르기까지 많은 시제품들의 개발 및 연구가 진행되고 있다. 3D 프린팅 기반 기술의 적용사례를 볼 때 정밀도와 제작 속도 측면에서도 다른 산업에 충분이 활용될 수 있는 기술의 개발이 보고되고 있으나, 아직까지는 시제품 위주로 이용되고 있으며, 향후 3D 프린팅 기술은 4차산업혁명과 관련하여 광범위한 분야에서 응용될 수 있는 완성품이나 부품제작에 이용될 것으로 예상된다. 본 연구에서는 탄소나노 재료중 대표적으로 많이 이용되는 환원그래핀 [rGO(reduced graphene oxide)]과 전도성 고분자중 생체 친화적인 특성을 갖는 폴리피롤[Ppy(Polypyrrole)]의 복합체를 생분해성 고분자인 폴리카프로락톤 [PCL(polycaprolactone)]과 혼합하여 3D 프린팅용 전도성 레진을 개발하고자 하였다. 결과로, 폴리피롤과 환원그래핀 각각 5 wt%, 0.75 wt% 에서 최적의 전기적 특성을 나타내었으며, 환원그래핀의 농도에 따른 표면분석에서도 이와 부합하는 결과를 확인 할 수 있었다. 본 연구를 통하여 제조된 전도성 레진은 3D 프린팅 뿐만 아니라, 다른 산업분야의 전자재료에도 적용이 가능할 것으로 사료된다.

고등 복합재료 구조물 제작에 적용되는 고온경화용 에폭시 수지 시스템 경화물의 물리적 특성을 연구하였다. 고온경화용 에폭시 수지 경화물의 표면 몰폴로지는 저온경화용 수지 시편의 표면과는 달리 균일한 몰폴로지를 보여주었다. 이 수지 경화물의 열중량분석 결과 300 oC까지는 무게감소가 거의 없는, 즉 열적으로 매우 안정한 것으로 나타났는데, 이는 높은 가교화밀도에 기인한 것이다. 300-500 oC 영역에 서 급격한 무게감도는 매트릭스 수지의 본격적인 열분해에 기인한 것이다. 시편의 인장 및 압축 특성, 열 변형온도, 밀도, 부피수축 등의 특성을 측정하고 평가하였다.

Polyurethane 중합에 있어서 isocyanate 경화제인 H12MDI와 IPDI의 혼합비율에 따른 물성변화를 조사하여, H12MDI 를 사용한 polyurethane resin은 단단하여 가공성 시험에서 밴딩 시 crack 발생이 심하게 일어났으며 IPDI는 비대칭적인 구조로 인하여 polyurethane resin의 구조가 얽혀 유연성을 가지므로 crack이 발생하지 않은 것으로 보인다. IPDI의 가교 도가 높아 혼합비율이 증가할수록 가공성, 내마모성, 내용제성에서도 향상됨을 알 수 있었다. 반면에, H12MDI의 혼합비 율이 높은 polyurethane resin은 코팅피막이 단단하여 내오염성에서는 우수한 결과를 얻었지만, 오히려 내용제성, 내마모성에서는 취약함을 나타냈으며 적외선 분광 스펙트럼 분석 결과와 실제 점도 경시변화를 관찰한 결과 H12MDI의 혼합비율이 증가할수록 보관 안정성은 높았으며, IPDI의 혼합비율이 높을수록 보관 안정성은 낮았다.

고성능 복합재의 설계와 제작에 있어서 경량화는 필수 트랜드이다. 본 연구에서는 DGEBA계 에폭시 그리고 폴리아마이드 아민으로 조합된 수지시스템과 글라스 버블을 이용한 경량 복합재료를 제조하고 그 특성을 평가하였다. 제조한 경량 복합제의 밀도는 0.31-0.53 g/cm3 범위였다. 실온에서 2일간 방치한 후 성형한 시료의 압축강도가 바로 60 oC에서 2시간 경화시킨 시편보다 2배 이상 높게 나타났다.

A composite material was prepared for the bipolar plates of phosphoric acid fuel cells(PAFC) by hot pressing a flake type natural graphite powder as a filler material and a fluorine resin as a binder. Average particle sizes of the powders were 610.3, 401.6, 99.5, and 37.7 μm. The density of the composite increased from 2.25 to 2.72 g/cm3 as the graphite size increased from 37.7 to 610.3 μm. The anisotropy ratio of the composite increased from 1.8 to 490.9 as the graphite size increased. The flexural strength of the composite decreased from 15.60 to 8.94MPa as the graphite size increased. The porosity and the resistivity of the composite showed the same tendencies, and decreased as the graphite size increased. The lowest resistivity and porosity of the composite were 1.99 × 10−3 Ωcm and 2.02 %, respectively, when the graphite size was 401.6 μm. The flexural strength of the composite was 10.3MPa when the graphite size was 401.6 μm. The lowest resistance to electron mobility was well correlated with the composite with lowest porosity. It was possible the flaky large graphite particles survive after the hot pressing process.