Name: experimental implementation of a new composite fabrication method: exposing bare fibers on the composite surface by the soft layer method
Uploaded: 2017-10-06T12:30:00
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이 연구는 기후 변화 연구 허브의 한국 과학 기술원에 의해 지원 되었다 (부여 제 N11160012), 과학기술부, 정보 통신 및 미래 계획 (부여 제 2011-0030065)에 의해 선도 외국 연구 연구소 채용 프로그램 한국 국립 연구 재단을 통해 자금 최고의 인적 자원 교육 프로그램의 지역 신 산업을 통해 국가 연구 재단의 한국 (NRF)는 부의 과학, ICT와 미래 계획 (no를 부여 합니다. NRF-2016H1D5A1910603). 그들의 지원이 크게 감사.

1. 재료 준비 <ol><li>복합 재료의 준비 참고: 주의 제발 사용 하기 전에 모든 관련 물질 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오. 이 방법에 사용 되는 화학 물질의 여러 발암 성 및 독성이 있을 수 있습니다. 나노 재료는 그들의 대량 대응에 비해 추가 위험 할 수 있습니다. 공학적 통제 (연기 후드, 글로브 박스) 및 개인 보호 장비 (보호 안경, 장갑, 실험실 코트, 전장 바지, 폐쇄 발...

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	<li>Hwang, I. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bipolar+plate+made+of+carbon+fiber+epoxy+composite+for+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cells.">Bipolar plate made of carbon fiber epoxy composite for polymer electrolyte membrane fuel cells.</a> J Power Sources. 184 (1), 90-94 (2008).</li><li>Avasarala, B., Haldar, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+surface+roughness+of+composite+bipolar+plates+on+the+contact+resistance+of+a+proton+exchange+membrane+fuel+cell.">Effect of surface roughness of composite bipolar plates on the contact resistance of a proton exchange membrane fuel cell.</a> J Power Sources. 188 (1), 225-229 (2009).</li><li>Yu, H. N., Lim, J. W., Kim, M. K., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+treatment+of+the+carbon+fiber+bipolar+plate+for+PEM+fuel+cell.">Plasma treatment of the carbon fiber bipolar plate for PEM fuel cell.</a> Compos Struct. 94 (5), 1911-1918 (2012).</li><li>Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+composite-metal+hybrid+bipolar+plates+for+PEM+fuel+cells.">Development of composite-metal hybrid bipolar plates for PEM fuel cells.</a> Int J Hydrogen Energy. 37 (17), (2012).</li><li>Kim, B. G., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromagnetic-carbon+surface+treatment+of+composite+bipolar+plate+for+high-efficiency+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cells.">Electromagnetic-carbon surface treatment of composite bipolar plate for high-efficiency polymer electrolyte membrane fuel cells.</a> J Power Sources. 195 (6), 1577-1582 (2010).</li><li>Kim, B. G., Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+single-type+aluminum/composite+hybrid+bipolar+plate+with+surface+modification+for+high+efficiency+PEMFC.">A single-type aluminum/composite hybrid bipolar plate with surface modification for high efficiency PEMFC.</a> Int J Hydrogen Energy. 36 (4), 3087-3095 (2011).</li><li>Yu, H. N., Lim, J. W., Suh, J. D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+graphite-coated+carbon+fiber+epoxy+composite+bipolar+plate+for+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cell.">A graphite-coated carbon fiber epoxy composite bipolar plate for polymer electrolyte membrane fuel cell.</a> J Power Sources. 196 (23), 9868-9875 (2011).</li><li>Kim, K. H., Kim, B. G., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+carbon+composite+bipolar+plate+(BP)+for+vanadium+redox+flow+battery+(VRFB).">Development of carbon composite bipolar plate (BP) for vanadium redox flow battery (VRFB).</a> Compos Struct. 109, 253-259 (2014).</li><li>Lee, D., Lim, J. W., Nam, S., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gasket-integrated+carbon/silicone+elastomer+composite+bipolar+plate+for+high-temperature+PEMFC.">Gasket-integrated carbon/silicone elastomer composite bipolar plate for high-temperature PEMFC.</a> Compos Struct. 128, 284-290 (2015).</li><li>Lee, D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro-mechanical+properties+of+the+carbon+fabric+composites+with+fibers+exposed+on+the+surface.">Electro-mechanical properties of the carbon fabric composites with fibers exposed on the surface.</a> Compos Struct. 140, 77-83 (2016).</li><li>Lee, D., Lim, J. W., Nam, S., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+for+exposing+carbon+fibers+on+composite+bipolar+plates.">Method for exposing carbon fibers on composite bipolar plates.</a> Compos Struct. 134, 1-9 (2015).</li><li>Lee, D., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+composite+bipolar+plate+for+high-temperature+proton+exchange+membrane+fuel+cells+(HT-PEMFCs).">Carbon composite bipolar plate for high-temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs).</a> J Power Sources. 327, 119-126 (2016).</li><li>Lee, D., Choe, J., Nam, S., Lim, J. W., Choi, I., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+non-woven+carbon+felt+composite+bipolar+plates+using+the+soft+layer+method.">Development of non-woven carbon felt composite bipolar plates using the soft layer method.</a> Compos struct. 160, 976-982 (2016).</li><li>Lee, D., Lim, J. W., Lee, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cathode/anode+integrated+composite+bipolar+plate+for+high-temperature+PEMFC.">Cathode/anode integrated composite bipolar plate for high-temperature PEMFC.</a> Compos Struct. 167, 144-151 (2017).</li><li>Lee, D., Oh, Y., Nam, S., Choe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adhesion+Characteristics+of+Fiber-exposed+Glass+Composites.">Adhesion Characteristics of Fiber-exposed Glass Composites.</a> Compos Struct. 165, 9-14 (2017).</li></ol>

소프트 레이어 메서드는 전통적인 방법, 그리고 낮은 제조 비용에 비해 상당한 이점을 제공 합니다. 모든 세 가지 유형의 소프트 레이어 방법에 의해 제조 하는 복합 전기적 특성, 기계적 특성, 가스 침투성 및 접착 속성 고유한 특성을 표시 합니다.
전기 속성의 측정을 위해 4 포인트 프로브 방법은 사용 되었다. ASR 5 번 측정 했다 그리고 평균 값 그 바이 폴라 플레이트에 대 한...

바이 폴라 플레이트는 에너지 변환 시스템 및 연료 전지 및 배터리 같은 에너지 저장 시스템의 다기능 핵심 구성 요소입니다. 바이 폴라 플레이트의 주요 기능 요구 사항은 다음과 같습니다: 통해 두께 방향으로 높은 압축 압력 및 외부 충격, 높은 견딜 저항 손실, 높은 기계적 성질을 줄이기 위해 높은 전기 전도도 대량 생산을 위한 생산성입니다.
비해 흑연 및 금속 통상 바이 폴라 플레이트에 대 한 자료로 채택 되었다, 탄소 섬유/에폭시 복합 재료는 높은 특정 강도 및 강성,이 시스템의 무게 크게에 의해 감소 될 수 있다 복합1기존의 바이 폴라 플레이트 재료를 교체. 그러나, 기존의 탄소/에폭시 복합 재료 합성 표면에 형성 되는 수 지 풍부한 레이어 때문 통해 두께 방향으로 귀착되는 큰 면적 비 저항 (ASR), 빈약한 전기 전도도 가진다. 절연 수 지 부자 층 전도성 탄소 섬유와 같은 다른 바이 폴라 플레이트, 가스 확산 층 (GDL), 인접 한 구성 요소 간의 직접 접촉을 방지 하 고 탄소 전극 (CFE)를 느꼈다.
수 지-부자 계층 인해 높은 ASR를 해결 하기 위해 많은 연구 했다. 첫 번째 방법은 표면 처리 방법을 수 지 풍부한 레이어를 선택적으로 제거 했다. 예를 들어 기계적 마모 표면2에 수 지를 제거 하려고 했습니다. 그러나, 탄소 섬유 또한 손상 되었다, 가난한 ASR 결과. 플라즈마 치료3,4 , 전자 렌지 치료 방법5,6 또한 섬유의 손상을 방지 하기 위해 개발 되었습니다 하지만 그들은 낮은 생산성과 균일도에 결과. 두 번째 방법은, 전도성 층 코팅 방법, 확장 된 흑연을 코팅7,8에 포함 되어 있습니다. 이 메서드는 성공적으로 ASR을 감소 하 고 합성 바이 폴라 플레이트를 제조 하는 표준 방법으로 여겨 왔다. 그러나, 그것은 비용이 많이 드는 하 고 내구성 및 박 리 문제 때문에 낮은 기계적 강도 있다.
이 연구에서 "소프트 레이어 방법", 소설 제조 탄소 섬유 복합 바이 폴라 플레이트 표면에 노출 될 수 있는 방법 시연입니다. 이 방법의 주요 목적은 낮은 제조 비용으로 낮은 ASR를 얻을 것입니다. 소프트 레이어 방법 압축 형과 바이 폴라 플레이트 사이 폴리머 형 필름 등 얇은 부드러운 레이어를 채택 한다. 압축 형 및 소프트 레이어 분리에서 치료 후 조작된 바이 폴라 플레이트 표시 탄소 섬유 후 표면 치료 없이 표면에 노출 됩니다. 이 방법 뿐만 아니라 ASR을 감소 하지만 크게 기계적 특성 증가 및 가스 침투성 문제 해결. 이 방법은 많은 다른 목적을 위해 적용할 수 있습니다: 전기 전도성 격판덮개, 얇은 합성의 제조 및 표면 처리 없이 공동 접착제의 제조의 개발.

<table width="891">
	<tbody>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Unidirectional carbon/epoxy prepreg</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">SK Chemicals</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">USN020</td>
			<td class="xl66" style="width:264pt" width="352">Used to fabricate unidirectional carbon composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Plain weave carbon fabric/epoxy prepreg</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">SK Chemicals</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">WSN 1k</td>
			<td class="xl66">Used to fabricate fabric carbon composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Plain weave carbon fabric</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">SK Chemicals</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">C-112</td>
			<td class="xl66">Used to fabricate fabric carbon composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Non-woven carbon felt</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">Newell</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">Graphite felt 3 mm</td>
			<td class="xl66">Used to fabricated felt carbon composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Film type epoxy resin</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">SK Chemicals</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">K51</td>
			<td class="xl66">Used as a matrix of the composite</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Acetone 99.5%</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">Samchun</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">67-64-1</td>
			<td class="xl66">Used to cleanse the carbon fiber and the soft layers</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Mold release</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">ShinEtsu</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">KF-96</td>
			<td class="xl66">Used to coat the mold</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Release film</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">Airtech</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">A4000V</td>
			<td class="xl66">Used as a soft layer</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Compression mold</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">N/A</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">N/A</td>
			<td class="xl66">Machined in lab. Material: NAK80</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Hot press</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">Hydrotek 100</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">N/A</td>
			<td class="xl66">Used to apply pressure and heat</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl63" height="21" style="width:223pt;height:15.75pt" width="297">Scanning electron microscope</td>
			<td class="xl63" style="width:72pt" width="96">FEI Compnay</td>
			<td class="xl63" style="width:110pt" width="146">Magellan 400</td>
			<td class="xl66">Used to investigate the surface of the composite</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental implementation of a new composite fabrication method: exposing bare fibers on the composite surface by the soft layer method

바이 폴라 플레이트는 양성자 교환 막 연료 전지 (PEMFCs)과 바나듐 산화 환 원 흐름 배터리 (VRFBs)에서 핵심 구성 요소입니다. 그것은 높은 전기 전도도, 높은 기계적 특성, 및 높은 생산성을가지고 있어야 하는 다기능 구성 요소입니다.
이와 관련, 탄소 섬유/에폭시 수 지 합성에 수시로 지도 하는 전체 시스템의 치명적인 오류가 고유의 그것의 취 성 때문에 기존의 흑연 양극 격판덮개를 대체 하는 이상적인 물자 일 수 있다. 탄소/에폭시 복합은 높은 기계적 성질 하 고 제조 하기 쉽습니다, 그것의 표면에 형성 하는 수 지 풍부한 레이어 때문에 통해 두께 방향에서 전기 전도도 가난. 따라서, 확장 된 흑연 코팅 전기 전도도 문제를 해결 하기 위해 채택 되었다. 그러나, 확장 된 흑연 코팅 뿐만 아니라 제조 비용을 증가 하지만 가난한 기계적 성질에는 또한 있다.
이 연구에서는 섬유 복합 표면에 노출 하는 방법을 시연입니다. 합성의 제작 후 표면 처리 하 여 섬유를 노출할 수 있습니다 현재 많은 방법이 있다. 그러나 섬유 합성물의 제조 시 노출 되는 때문에이 새로운 방법은, 표면 처리가 필요 하지 않습니다. 맨 손으로 탄소 섬유 표면에 노출 하 여 복합체의 기계적 강도와 전기 전도도 대폭 증가 된다.

조작된 표본 스캐닝 전자 현미경 (SEM) (그림 1)를 사용 하 여 관찰 된다. 섬유의 상단을 커버 수 지 풍부한 레이어만 몇 마이크로미터 두께 때문에 표본의 상단에서 광학 현미경 이미지 적합 하지 않다. 5 °는 시료를 기울임으로써 관찰 SEM 이미지를 더 대표 이미지를 제공 합니다. 합성 수 지로 덮여 그 표면에는, 기존의 압축 성형에 의해 조작에 비해 ?...

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Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

복합 표면에 벌 거 벗은 섬유 수 지 풍부한 영역을 제거 하 여 노출 하는 프로토콜 제공 됩니다. 섬유는 복합 재료의 제조 동안 게시물 표면 처리에 의해 아닙니다 노출 됩니다. 노출 된 탄소 복합 재료는 높은 전기 전도도 통해 두께 방향 및 높은 기계적 성질에 전시.

새로운 복합 제조 방법의 실험적 구현: 소프트 레이어 방법으로 복합 표면에 벌 거 벗은 섬유 노출

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

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빛의 통과 앤더슨 현지화 무질서 폴리머 광섬유의 제조 및 특성

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

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Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

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