Owing to advantages of polymeric materials for hydrogen tank liner like light-weight property and high specific strength, polymer based composites have gained much attention. Despite of many benefits, polymeric materials for fuel cell tank cause problems which is critical to applications as low gas barrier property, and poor processability when adding fillers. For these reasons, improving gas barrier property of polymer composites is required to study for expanding application fields. This work presents impermeable polymer nanocomposites by introducing thin barrier coating using layer by layer (LBL) deposition method. Also, bi-layered and quad-layered nanocomposites were fabricated and compared for identifying relationship between deposition step and gas barrier property. Reduction in gas permeability was observed without interrupting mechanical property and processability. It is discussed that proper coating conditions were suggested when different coating materials and deposition steps were applied. We investigated morphology, gas barrier property and mechanical properties of fabricated nanocomposites by FE-SEM, Oxygen permeation analyzer, UTM, respectively. In addition, we revealed the mechanism of barrier performance of LBL coating using materials which have high aspect ratio.

폴리프로필렌은 가교폴리에틸렌을 대체할 수 있는 차세대 고전압 전력케이블 절연체로써 큰 주목을 받고 있다. 하지만, 폴리프로필렌은 탄성률이 크고 충격에 취약하여 단독으로 절연체로 사용될 수 없고, 중합 단계에서 고무상이 혼재된 공중합체 형태로 주로 활용된다. 본 논문에서는 내충격성 폴리프로필렌, 폴리올레핀 탄성체, 그리고 프로필렌-에틸렌 랜덤공중합체의 용융 혼합을 통해 연성의 폴리프로필렌계 블렌드를 제조하였다. 폴리프로필렌 기재를 유지하면서도 다량의 탄성체 상들을 지니는 적정 비율의 3성분계 블렌드를 개발하였고, 탄성체 상들의 도입에 의해 폴리프로필렌의 탄성률을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 25도 및 -40도에서의 충격강도 및 연신율을 크게 증가시킬 수 있었다. 또한, 동적기계분석을 통해 가교폴리에틸렌이 기계적 물성을 손실하는 100도 이상의 온도에서도 3성분계 블렌드는 고체 형태를 유지할 수 있는 범위의 저장탄성률을 나타내었다. 뿐만 아니라, 3성분계 블렌드는 30 kV/mm의 직류 전압 인가 하에서 공간전하를 효과적으로 억제시키는데 유리한 것으로 나타났다.

Polypropylene (PP) has been received great attention as a next-generation high-voltage power cable insulation material that can replace cross-linked polyethylene (XLPE). However, the PP cannot be used alone as an insulation material because of its high elastic modulus and vulnerability to impact, and thus is mainly utilized as a form of a copolymer with rubber phases included in the polymerization step. In this paper, a soft PP-based blend was prepared through melt-mixing of impact PP, polyolefin elastomer, and propylene-ethylene random copolymer. The elastic modulus and impact strength of the blend could properly be decreased or increased, respectively, by introducing elastomeric phases. Furthermore, the blends showed a high storage modulus even at a temperature of 100ºC or higher at which the XLPE loses its mechanical properties. In addition, the blend was found to be effective in suppressing the space charge compared to the pristine PP as well as XLPE.

본 연구에서는 기존 폴리머 콘크리트의 진동 감쇠 효과를 향상시키기 위해 압전 재료 중 하나인 PZT 파우더를 첨가하여 티타늄 파우더/폴리머 콘크리트 복합재료를 제작하였다. 티타늄 파우더는 압전 효과를 이용한 진동특성 변화를 극대화하기 위해 일정한 비율로 유지하였고, PZT 파우더를 첨가하지 않은 시편, PZT 파우더를 2.5 wt%, 5 wt% 첨가한 세 가지 종류의 복합재료 시편을 제작하였으며, 모든 시편에 대해 진동 특성 및 압축 물성 분석을 진행하였다. 그 결과, PZT 파우더 첨가 비율이 높아질수록 티타늄 파우더/폴리머 콘크리트에서 발생한 진동이 전달될 때 압전 효과로 인해 공진주파수에서 전달 함수 Inertance 값이 작아지는 것을 확인하였고, 특히 PZT 파우더 5 wt% 첨가 시편의 경우, 공진주파수에서 Inertance 값은 PZT가 첨가되지 않은 시편에 비해 약 19.3% 감소하는 것으로 나타났다. 시간에 따른 가속도 변화 폭 역시 PZT 파우더가 첨가됨에 따라 크게 감소하는 것으로 나타나 PZT 첨가에 따른 효과를 확인할 수 있었다. 또한, 압축강도 시험을 통해 5 wt%까지의 PZT 첨가에 의한 압축 물성 저하 정도는 미미한 것으로 나타났고, 시편 단면 분석을 통해 파우더가 고르게 분산된 것을 확인하였다.

In this study, Ti powder/Polymer concrete composites were processed by adding the PZT powder, one of the piezoelectric materials, to improve the vibration damping effect of Polymer concrete. Ti powder was added at a constant ratio in order to maximize the vibration damping effect using the piezoelectric effect. Three types of composite material specimens were prepared: a specimen without PZT powder, specimens with 2.5 wt% and 5 wt% of PZT powder. The vibration characteristics and compression properties were analyzed for all specimens. As a result, it was confirmed that as the addition ratio of PZT powder increased, the Inertance value at the resonant frequency decreased due to the piezoelectric effect when the vibration generated from Ti powder/polymer concrete was transmitted. Especially, the Inertance value was decreased by about 19.3% compared to the specimen without PZT at the resonant frequency. The change in acceleration with time also significantly decreased as PZT powder was added, confirming the effect of PZT addition. In addition, through the compression strength test, it was found that the degree of deterioration in compression properties due to the addition of PZT up to 5 wt% was insignificant, and it was confirmed that the powder was evenly dispersed in the composites through the cross-sectional analysis of the specimen.

본 연구에서는 CNT섬유에 적합한 복합소재 공정방법에 대해 연구하였다. CNT섬유가 아직 초기 연구단계로 생산성이 낮아 직조나 스티칭된 UD필름 제작이 어려운 점을 감안, 연구단계에서 적용 가능한 CNT섬유 복합소재 제조법을 개발하고자 하였다. 기존의 CNT섬유 기반 복합소재는 생산성 이슈 및 공정 적용의 어려움으로 인해 주로 single filament composite의 형태로 제조하거나 filament winding법을 이용하여 제조되고 있었으나, 본 연구를 통해서 필름 형상으로 준비된 CNT섬유에 수지를 함침한 후 바로 복합소재화 할 수 있는 공정을 개발할 수 있었다. CNT섬유에는 내부에 수많은 나노포어가 존재하기 때문에 이 부분에 수지가 함침됨에 따라 성형된 복합소재에서 수지의 비율이 과도하게 올라가는 문제가 있기 때문에, 이를 해결하는 것이 가장 핵심적인 이슈라 할 수 있다. VaRTM을 통해서 가해지는 압력은 과량의 수지 제거에는 충분하지 않았으며, 높은 힘으로 누르는 hot press 공정과, 섬유는 고정하면서 과량의 수지를 제거할 수 있는 폼 소재를 도입함으로써 높은 섬유비율을 가지는 CNT 섬유 복합소재를 제조할 수 있었다. 최종적으로 희석된 수지까지 이용하였을 때, 58.5 wt%의 질량비의 섬유로 구성된 CNT섬유 복합소재를 제조할 수 있었고, 비강도는 0.525 N/tex를 달성하였다. 본 연구는 향후 CNT섬유 복합소재 제조에 적용할 수 있는 새로운 공정 방법을 제시하였다.

In this study, we study fabrication methods suitable for CNT fibers-based composite. We try to fabricate a composite material using a small amount of CNT fiber preparation of woven fabrics or stitched unidirectional fabrics consisting of CNT fiber is not achievable currently. The composite materials on the basis of CNT fibers have been mainly manufactured filament winding method due to productivity issues and difficulties in composite processes. We develop a new method to prepare CNT fibers-based composite using resin infiltrated CNT fibers-based films. Because CNT fibers have numerous nanopores inside, unnecessary resin can remain after curing and decrease the mechanical properties of the composites. To remove the excess resin, pressure should be applied during the process, but the pressure applied through VaRTM was not enough to remove the excess resin. To obtain the composite with high ratio of CNT fibers, higher pressure using hot press machine and foams next to the resin-infiltrated CNT fibers are necessary. We can obtain the composite having a mass ratio of 58.5 wt% based on the new suggested method and diluted epoxy. The specific strength of the composite reach 0.525 N/tex. This study presents a new process method that can be applied to the manufacturing of CNT fiber composite materials in the future.

이 논문은 Type 4 압력용기 라이너의 회전 성형 시 내부온도 조건에 따른 저온 특성 평가에 관한 연구이다. 회전 성형의 경우 온도 조건에 따라 라이너의 성형성에 민감한 영향을 주기 때문에 사용 소재인 폴리아미드에 대한 온도 조건을 정확히 설정해야 한다. 라이너 소재인 폴리아미드(Polyamide)의 구조적 변화는 AFM(Atomic Force Microscope)으로 표면을 분석하였으며, DSC(Differential Scanning Calorimeter)로 결정화도를 측정하여 저온에서의 기계적 강도 값에 변화를 줄 것인지를 평가하였다. 또한, 라이너 내부의 황색도를 관찰하여 라이너의 성형성을 확인하였다. 그 결과, 내부온도의 용융 범위가 넓을수록 낮은 황색도를 나타냈으며, 저온에서의 연신율 및 충격 특성은 향상됐다. 또한, AFM과 DSC에 의해 폴리아미드의 구조가 균일하고 높은 결정화도를 가진 것을 확인하였다. 따라서, 이와 같은 실험 결과는 회전 성형 시 온도 조건의 변화가 저온에서의 물성 향상에 기여함을 입증했으며, 향후 기밀성 평가를 통해 실 제품으로의 적용성 검증이 가능할 것으로 판단된다.

Low-temperature characteristics according to internal temperature conditions during rotational molding of Type 4 pressure vessel liners were studied in this paper. Since rotational molding has a sensitive effect on the formability of the liner depending on the temperature conditions, the temperature conditions for the polyamide used should be accurately set. The structural changes of polyamide as the liner material was analyzed the surface by atomic force microscope (AFM), and the crystallinity measured with a differential scanning calorimeter (DSC) is used to evaluate the change of the mechanical strength value at low temperature. In addition, the formability of the liner was confirmed by observation of the yellow index inside the liner. As a result, as the melting range of the internal temperature becomes wider, the yellow index shows a lower value, and the elongation and impact characteristics at low temperatures are improved. It was also confirmed that the structure of the polyamide was uniform and the crystallinity was high by AFM and DSC. These experimental results contribute to the improvement of characteristics at low temperatures due to changes in temperature conditions during rotational molding.

목재 섬유 기반의 셀룰로오스 나노피브릴(cellulose nanofibrils, CNF)은 생체적합특성이 우수하여 조직 공학용 스캐폴드, 약물 운반체, 상처 치유용 겔 등의 생체 의료 분야에서 많은 관심을 받고 있다. 하지만, 셀룰로오스 나노피브릴은 상대적으로 약한 기계적 강도를 나타내기 때문에 높은 기계적 특성을 요구하는 응용 분야에 사용되기 어렵다는 한계를 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 셀룰로오스 나노피브릴의 기계적 강도를 향상시키기 위해 TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-oxyl) 산화 처리된 셀룰로오스 나노피브릴에 금속 양이온을 도입하여 금속-카르복실레이트 배위 결합을 가지는 하이드로겔을 제조하였다. 또한, 큰 진폭 진동 전단(large amplitude oscillatory shear) 측정과 Live/Dead 세포 시험을 통해 하이드로겔의 비선형 점탄성 거동과 세포 생존 능력을 분석하였다. 특히, 첨가된 금속염의 종류에 따라 세포의 증식 및 생존 능력이 변화하였고, 이는 하이드로겔들의 유변 물성 특성에도 영향을 미쳤다.

Cellulose nanofibrils (CNF) based on wood pulp fibers are gained much attention as part of biocompatible hydrogels for biomedical applications such as tissue engineering scaffolds, biomedicine, and drug carrier. However, CNF hydrogels have relatively poor mechanical properties, impeding their applications requiring high mechanical integrity. In this work, we prepare 2,2,6,6-tetramethylipiperidin-oxyl (TEMPO) oxidated cellulose nanofibrils hydrogels mediated with metal cations, which form the metal-carboxylate coordination bonds for enhanced mechanical strength and toughness. We conduct the large amplitude oscillatory shear (LAOS) test and Live/dead cell assay for obtaining nonlinear viscoelastic parameters and cell viability, respectively. In particular, the cell proliferation and viability change depending on the type of metal salt, which also affected the rheological properties of the hydrogels.

SiC 섬유강화 복합체는 경수형 원자로의 안전성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 사고저항성 핵연료 피복관 소재이다. 지르코늄 합금 피복관 및 금속기반 사고저항성 핵연료 피복관에 비해, 중대 사고 환경에서도 우수한 구조적 안정성을 가지고 부식 속도가 매우 낮아, 사고 시 원자로의 온도를 낮추고 사고 진행을 늦출 수 있다. 본 논문에서는 현재 개발되고 있는 사고저항성 SiC 복합체 핵연료 피복관의 개념 및 가동/사고환경에서의 다양한 특성, 상용화를 위해 해결해야 할 다양한 이슈에 대해서 소개하고자 한다.

SiC fiber-reinforced SiC matrix composite is a promising accident-tolerant fuel cladding material to improve the safety of light water nuclear reactors. Compared to the current zirconium alloy fuel cladding as well as metallic accident-tolerant fuel cladding, SiC composite fuel cladding has exceptional accident-tolerance such as excellent structural integrity and extremely low corrosion rate during severe accident of light water nuclear reactors, which reduces reactor core temperature and delays core degradation processes. In this paper, we introduce the concept, technical issues, and properties of SiC composite accident-tolerant fuel cladding during operation and accident scenarios of light water nuclear reactors.

무선통신기술의 발전과 함께 통신기기의 활용영역은 기하급수적으로 증가하고 있으며, 이에 따라 통신기기 성능의 저하를 막기 위한 전자파 노이즈 간섭문제 해결 및 방열문제 해결 소재에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 전자파 차폐와 우수한 방열특성을 동시에 가질 수 있는 복합소재 필름을 제안하였다. 이 필름은 고분자 수지에 자성 및 방열 필러 물질이 분산된 복합소재 레이어와 전도성 그리드로 구성되어 있다. 복합소재 레이어의 조성 및 특성에 대한 제어 및 전도성 그리드 형상에 대한 설계를 통해 높은 전자파 차폐능(>40 dB), 낮은 전자파 반사능(< 3 dB), 우수한 열전도도( >10 W/m·K)를 5G 통신 대역인 26.5 GHz에서 500 μm 이하의 극박 필름으로 달성하는 데 성공하였다.

Due to the increasing number of wireless communication devices in mmWave frequency bands, there is a high demand for electromagnetic interference (EMI) shielding and heat dissipating materials to avoid device malfunctions. This paper proposes an EMI shielding composite film with a high heat dissipation characteristic. To achieve this, a conductive grid is integrated with a polymer-based composite layer including magnetic and heat dissipating filler materials. A high shielding effectiveness (>40 dB), low reflection shielding effectiveness (< 3 dB), high thermal conductivity ( >10 W/m·K), thin thickness (<500 μm) are simultaneously achieved with a tailored design of composite layer compositions and grid geometries in 5G communication band of 26.5 GHz.

본 논문은 다층 PCB에 사용되는 프리프레그의 물성을 파악하여 제시한 두께 실험식을 통해 PCB의 두께를 예측하기 위한 연구를 수행하였다. 프리프레그는 물성과 동박 잔존율에 의해서 PCB 제작시 두께가 감소하기 때문에 두께 실험식을 통한 정확한 PCB의 두께 예측이 필요하다. 두께 실험식에 사용되는 프리프레그의 밀도를 파악하기 위해 질량 및 두께를 측정하여 밀도를 도출하였다. 이후 CCL을 제작하기 위해 프리프레그와 동박을 적층하여 핫 프레스기를 사용하였고 광학현미경과 마이크로미터를 사용하여 두께를 측정하였다. 또한 동박 잔존율에 따른 두께 변화를 측정하기 위해 회로밀도를 다르게 구성하여 8층 PCB를 설계하였고 두께 측정 결과와 두께 실험식으로 도출된 두께를 비교하여 두께 실험식을 검증하였다. 비교 결과 CCL의 경우 2.56%, 다층 PCB의 경우 4.48%의 오차를 보였고 이를 통해 두께실험식의 신뢰성을 확인하였다.

In this paper, the thickness of a multilayer PCB was predicted through an empirical formulation based on the physical properties of the prepreg used in multilayer PCB. Since the thickness of prepreg reduction when manufacturing a PCB due to the physical properties and copper foil residual rate, it is necessary to accurately predict the thickness of the PCB through the thickness empirical formulation. To determine the density of the prepreg, the mass and thickness of the prepreg were measured. To manufacture the CCL, the prepreg and copper foil were laminated using a hot press machine, and the thickness was measured using a microscope and micrometer. An 8- layerd PCB was designed with different circuit densities to measure the change in the thickness with the copper foil residual ratio, and the proposed empirical formulation was verified by comparing the measured thickness with the value obtained using the empirical formulation. As a result, the errors for the CCL and multilayer PCB were 2.56% and 4.48%, respectively, which demonstrated the reliability of the empirical formulation.

본 논문은 멀티스케일 공정-구조 해석의 방법론을 제안하고 단섬유층과 직물층으로 이루어진 배터리 하우징 파트에 적용한다. 특별히 마이크로스케일 대표체적요소(RVE: Representative Volume Element)안 기지의 불확정성을 고려하였다. 마이크로스케일의 RVE내 기지 물성의 랜덤한 공간내 분포는 KLE(Karhunen-Loeve Expansion)을 통해 구현하였다. 공간상 랜덤분포된 기지 물성을 갖는 RVE의 유효 물성을 전산균질화를 통해 얻어 매크로스케일 유한요소 모델에 매핑하였다. 또한 하이브리드 공정해석을 통해 압축 성형 해석으로부터 얻은 잔류응력과 섬유배향을 매핑한 유한요소 모델과 드레이핑 공정 해석결과로부터 얻어진 섬유배향을 매핑한 모델을 결합하였다. 본 연구에 제안된 방법은 배터리 하우징 뿐만 아니라 다양한 재료 구성을 갖는 복합재료의 공정-구조해석을 통해 설계요구도를 엄밀하게 평가할 수 있을 것이라 기대된다.

This paper proposes a multiscale process-structural analysis methodology and applies to a battery housing part made of the short fiber-reinforced and fabric-reinforced composite layers. In particular, uncertainties of the material properties within the microscale representative volume element (RVE) were considered. The random spatial distribution of matrix properties in the microscale RVE was realized by the Karhunen-Loeve Expansion (KLE) method. Then, effective properties of the RVE reflecting on spatially varying matrix properties were obtained by the computational homogenization and mapped to a macroscale FE (finite element) model. Morever, through the hybrid process simulation, a FE (finite element) model mapping residual stress and fiber orientation from compression molding simulation is combined with one mapping fiber orientation from the draping process simulation. The proposed method is expected to rigorously evaluate the design requirements of the battery housing part and composite materials having various material configurations.