유리섬유와 탄소섬유강화재 함유량에 따른 FRTP의 연소특성에 관한 연구 :A study on the combustion characteristics of FRTP according to glass fiber and carbon fiber reinforcements contents

김경진

자료유형: 학위논문

저자정보: 김경진 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 이수경

발행연도: 2018

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수6

초록· 키워드

섬유강화열가소성플라스틱(FRTP, Fiber Reinforced Thermo Plastics)의 연소특성을 연구하기 위해 폴리카보네이트와 나일론을 매트릭스로 하고, 섬유강화재로 유리섬유와 탄소섬유의 함유량을 0, 10, 20, 30, 40 wt%로 달리한 FRTP를 제조하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
매트릭스 종류에 관계없이 섬유강화재의 함유량이 0 ~ 40 wt%로 증가됨에 따라 인장강도가 증가하였으며, 섬유강화재로 탄소섬유, 매트릭스로 나일론을 40 wt% 혼합한 FRTP가 섬유강화재로 유리섬유, 매트릭스로 폴리카보네이트를 40 wt% 혼합한 FRTP보다 비강도가 1.96배 크다. 이는 섬유강화재의 강도가 높고 함유량이 많을수록 인장강도가 증가한다는 복합법칙을 따르고 있음을 알 수 있었다.
폴리카보네이트를 매트릭스로 한 경우의 열변형온도는 섬유강화재의 함유량에 큰 차이를 보이지 않으나, 나일론을 매트릭스로 한 경우에는 섬유강화재를 10 wt% 이상 함유시 열변형온도가 60 ℃에서 210 ℃로 3.5배 증가하여, 열적특성이 크게 향상됨을 알 수 있었다.
폴리카보네이트와 나일론을 매트릭스로 하고 섬유강화재로 유리섬유를 30 wt%, 40 wt% 함유한 FRTP의 경우 V-0의 난연등급이 나오므로 섬유강화재로 유리섬유를 30 wt% 이상 함유시 높은 등급의 난연성을 얻을 수 있다.
콘칼로리미터를 이용한 복사열 50 kw/m2 에서의 연소특성 실험에서 착화시간(TTI, Time To Ignition)은 섬유강화재의 함유량이 0 ~ 40 wt%로 늘어남에 따라, 나일론은 12초에서 32초로 폴리카보네이트는 21초에서 34초로 착화시간이 지연되어 섬유강화재의 함유량이 증가함에 따라 착화시간도 증가한다.
최대열방출율(PHRR, Peak Heat Release Rate)은 섬유강화재 함유량이 0 ~ 40 wt%로 증가함에 따라 나일론은 812 kw/m2에서 195 kw/m2로 1/4로 감소, 폴리카보네이트는 235 kw/m2에서 119 kw/m2로 1/2로 감소되었으며, 총방출열량(THR, Total Heat Release)은 나일론이 130 kw/m2에서 60 kw/m2로 1/2 감소, 폴리카보네이트는70 kw/m2에서 40 kw/m2로 2/3 감소하여 섬유강화재의 함유량이 증가함에 따라 PHRR과 THR이 감소한다.
섬유강화재를 함유하지 않은 나일론과 폴리카보네이트의 연소시 CO 발생율은 나일론이 150초까지 급격히 증가하였고 폴리카보네이트는 200초까지 급격히 증가하였으나, 섬유강화재를 40 wt% 함유시 나일론의 CO 발생율은 낮은 상태를 유지하다가 400초 이후에 증가하였으며, 폴리카보네이트는 300초까지 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보인다. 이는 불완전연소에 의한 것으로 판단된다.
섬유강화재를 함유하지 않은 나일론과 폴리카보네이트의 연소시 CO2 발생율은 나일론이 150초까지 급격히 증가하다가 감소하였으며 폴리카보네이트는 200초까지 급격히 증가하다가 감소하나, 섬유강화재를 40 wt% 함유시 나일론의 CO2 발생율은 0.6 g/s에서 0.3 g/s로 1/2로 감소, 폴리카보네이트는 0.5 g/s에서 0.1 g/s로 1/5로 감소함을 알 수 있었다.
통계적 검증의 결과 섬유강화열가소성플라스틱(FRTP)의 연소특성은 섬유강화재의 종류보다는 섬유강화재의 함유량과 매트릭스 수지의 종류에 더 크게 영향을 받음을 알 수 있었다.

To examine the combustion characteristics of Fiber Reinforced Thermoplastics (FRTP), either polycarbonate or nylon were used as matrix, and either glass fiber or carbon fiber were used as fiber reinforcement. Then, fiber reinforcement content levels were differentiated at 0, 10, 20, 30, 40 wt%. This FRT experiment has led to the following conclusions
For FRTP with either polycarbonate or nylon matrix, tensile strength increased following from increase of reinforcement content levels. FRTP with carbon fiber and nylon mixed at 40 wt% was observed to have 196 % greater specific strength compared to FRT with glass fiber and polycarbonate mixed at 40 wt%. These observations show a general pattern of chemical combination, that stronger and higher content level of fiber reinforcement yields greater tensile strength. polycarbonate used as matrix did not show changes in heat distortion temperature from differing reinforcement content levels. When nylon was used as matrix however, at reinforcement levels greater than 10 wt%, heat distortion temperature increased from 60 ℃ to 210 ℃, thereby showing improvements in thermal properties.
FRTP with Nylon and polycarbonate used as matrix, and glass fiber used as fiber reinforcement at 30 wt% and 40 wt% showed V-0 in flammability rating. Therefore, using glass fiber as fiber reinforcement at 30 wt% or greater yields high inflammability rating of FRTP.
Combustion characteristics experiment with cone calorimeter generated radiant heat of 50 km/m2 showed that as fiber reinforcement content levels increased from 0~40 %, Time to Ignition(TTI) of nylon increased from 12 seconds to 32 seconds, and TTI of polycarbonate increased from 21 seconds to 34 seconds. These observations show a positive correlation between fiber reinforcement content levels and TTI.
As fiber reinforcement levels increased from 0 to 40 wt%, Peak Heat Release Rate(PHRR) of nylon decreased from 812 kw/m2 to 195 kw/m2, and PHRR of polycarbonate decreased from 235 kw/m2 to 119 kw/m2. Additionally, Total Heat Release(THR) of nylon decreased from 130 kw/m2 to 60 kw/m2, and THR of polycarbonate decreased from 70 kw/m2 to 40 kw/m2. Therefore, the observations show that there is a negative correlation between fiber reinforcement content levels and the two measurements(PHRR, THR). Combustion of pure nylon and pure polycarbonate showed exponentially increasing generation rate of carbon monoxide up to 150th second, and 200th second, respectively. However, using carbon fiber and glass fiber as fiber reinforcement at 40 wt% showed low carbon monoxide generation rate for nylon up to 400th second followed by an increase in generation rate, and low carbon monoxide generation rate for polycarbonate up to 400th second followed by an increase in generation rate. Both cases appear to result from incomplete combustion.
Combustion of pure nylon and pure polycarbonate showed exponentially increasing generation rate of carbon dioxide up to 150th second, and 200th second, respectively, both of which were followed by a decrease in carbon dioxide generation rate. However, using fiber reinforcement at 40 wt% resulted in decrease of nylon’s carbon dioxide generation rate from 0.6 g/s to 0.3 g/s, and decrease of polycarbonate’s carbon dioxide generation rate from 0.5 g/s to 0.1 g/s.
Statistical analysis of the experiment results shows that FRTP combustion characteristics are largely dependent on the fiber reinforcement content level and matrix resin type, but less dependent on the type of fiber reinforcement used.

요약 ⅰ
표목차 ⅲ
그림목차 ⅳ
사진목차 ⅴ
기호설명 ⅵ
I. 서 론 1
1. 연구배경 1
2. 선행연구 2
3. 연구목적 3
4. 연구방법 5
II. 이론적 고찰 7
1. 섬유강화 플라스틱 7
2. 플라스틱 재료의 연소특성 11
3. 콘칼로리미터 17
III. 실 험 20
1. 실험재료 20
2. 실험장치 및 방법 26
IV. 결과 및 고찰 35
1. 기계적 특성 확인 35
2. 열적 특성 확인 39
3. 난연성 확인 40
4. 연소성 확인 42
5. 통계적 검증 63
V. 결 론 68
참고문헌 70
영문초록(Abstract) 74

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)