KR102512082B1 - Carbon Fiber Reinforced Plastics Having Self-recovery Function And Self-recovery Method of the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합체 전체에 걸쳐 전도성 필러를 효과적으로 분산시켜 우수한 전기 전도성을 얻을 수 있고, 복합체의 손상 발생시 줄(Joule) 발열을 통해 형태를 그대로 유지하면서 자기치유 할 수 있는 자기치유 탄소섬유강화 플라스틱 복합체 및 자기치유 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 자기치유 탄소섬유강화 플라스틱 복합체는, 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 시트; 및, 전도성 입자가 용매에 혼합된 전도성 필러 현탁액을 상기 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 사이에 분무한 후 압력을 가하여 탄소섬유강화 플라스틱 시트에 일체화한 전도성 필러층;을 포함하여, 상기 탄소섬유강화 플라스틱 시트에 압력이 가해진 상태에서 상기 탄소섬유강화 플라스틱 시트에 전기에너지가 인가되면 전도성 필러층과 탄소섬유가 함께 발열하여 탄소섬유강화 플라스틱 시트의 손상이 치유되는 것을 특징으로 한다. The present invention is a self-healing carbon fiber-reinforced plastic composite that can obtain excellent electrical conductivity by effectively dispersing a conductive filler throughout the composite, and can self-heal while maintaining its shape through Joule heat generation when damage to the composite occurs, and It relates to a self-healing device and method, and the self-healing carbon fiber-reinforced plastic composite according to the present invention includes a plurality of carbon fiber-reinforced plastic sheets; And, a conductive filler layer in which a conductive filler suspension in which conductive particles are mixed in a solvent is sprayed between the plurality of carbon fiber-reinforced plastics and then pressure is applied to integrate the carbon fiber-reinforced plastic sheet; the carbon fiber-reinforced plastic sheet When electrical energy is applied to the carbon fiber-reinforced plastic sheet in a state in which pressure is applied to the conductive filler layer and the carbon fiber together, the heat is generated, thereby healing damage to the carbon fiber-reinforced plastic sheet.

Description

자기치유 탄소섬유강화 플라스틱 복합체 및 그 자기치유를 위한 장치 및 방법{Carbon Fiber Reinforced Plastics Having Self-recovery Function And Self-recovery Method of the Same}Self-healing carbon fiber reinforced plastic composite and apparatus and method for self-healing

본 발명은 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP; Carbon Fiber Reinforced Plastics)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP) 시트 사이에 전도성 필러 현탁액을 분사하여 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 제작하고, 탄소섬유강화 플라스틱 복합체가 손상되었을 때 줄(Joule) 발열을 이용하여 자기치유할 수 있는 자기치유 탄소섬유강화 플라스틱 복합체에 관한 것이다. The present invention relates to carbon fiber reinforced plastics (CFRP), and more particularly, by spraying a conductive filler suspension between a plurality of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) sheets to produce a carbon fiber reinforced plastic composite, It relates to a self-healing carbon fiber-reinforced plastic composite that can self-heal using Joule heat when the composite is damaged.

탄소섬유강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastics, CFRP)은 폴리머에 탄소섬유를 결합시켜 각각의 물질의 특성을 극대화하는 소재이다. 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)은 강도, 내식성, 피로수명, 내마모성, 내충격성, 경량성 등 기존 비강화소재와 비교하여 월등한 물성을 가지고 있으며, 자동차 분야를 비롯해 스포츠 용품, 선박, 건설, 에너지 분야에 이르기까지 다양한 분야에서 각광받고 있다. Carbon fiber reinforced plastics (CFRP) is a material that maximizes the properties of each material by combining carbon fibers with polymers. Carbon fiber reinforced plastic (CFRP) has superior physical properties compared to existing non-reinforced materials, such as strength, corrosion resistance, fatigue life, abrasion resistance, impact resistance, and light weight, and is used in the automobile field, sports goods, ships, construction, and energy fields. It is popular in various fields, ranging from

하지만, 탄소섬유강화 플라스틱은 손상시 탄소섬유와 폴리머의 완벽한 분리가 어려워 탄소섬유의 재활용이 어려운 단점이 있다. However, carbon fiber-reinforced plastics have a disadvantage in that it is difficult to completely separate carbon fibers and polymers when damaged, making it difficult to recycle carbon fibers.

이에 최근에 탄소섬유, 그래핀, 흑연 등의 전도성 필러를 폴리머에 혼입하여 전도성 폴리머 복합체를 제조하여, 전도성 폴리머 복합체에 크랙 등의 손상이 발생했을 때 전도성 폴리머 복합체에 전압을 인가함으로써 줄 발열을 활용하여 자기치유하는 기술들이 개발되었다. In recent years, a conductive polymer composite has been prepared by incorporating conductive fillers such as carbon fiber, graphene, and graphite into a polymer, and when a crack or other damage occurs in the conductive polymer composite, a voltage is applied to the conductive polymer composite to utilize Joule heat generation. Therefore, self-healing techniques have been developed.

그러나 기존에 개발된 전도성 폴리머 복합체는 폴리머와 전도성 필러를 혼합하여 제조되는데, 폴리머 내에서 전도성 필러의 뭉침 현상으로 인하여 전도성 필러가 폴리머 내에 균일하게 혼합되기 어렵고, 충분한 전기 전도도를 얻기 위해서는 다량의 전도성 필러가 요구되어 전도성 폴리머 복합체 전체의 물성 저하가 발생하는 등의 문제가 있다.However, conventionally developed conductive polymer composites are prepared by mixing a polymer and a conductive filler. Due to the aggregation of the conductive filler within the polymer, it is difficult for the conductive filler to be uniformly mixed into the polymer. In order to obtain sufficient electrical conductivity, a large amount of conductive filler is required. is required, causing problems such as deterioration of physical properties of the entire conductive polymer composite.

대한민국 등록특허 제10-0963467호(2010.06.07. 등록)Republic of Korea Patent No. 10-0963467 (registered on 2010.06.07) 대한민국 등록특허 제10-2192097호(2020.12.10. 등록)Republic of Korea Patent Registration No. 10-2192097 (registered on December 10, 2020) 대한민국 등록특허 제10-1845936호(2018.03.30. 등록)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1845936 (2018.03.30. Registration)

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 제조가 용이하며, 복합체 전체에 걸쳐 전도성 필러를 효과적으로 분산시켜 우수한 전기 전도성을 얻을 수 있고, 이로써 복합체의 손상 발생시 줄(Joule) 발열을 통해 형태를 그대로 유지하면서 자기치유 할 수 있는 자기치유 탄소섬유강화 플라스틱 복합체 및 자기치유 장치 및 방법을 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is easy to manufacture, and it is possible to obtain excellent electrical conductivity by effectively dispersing the conductive filler throughout the composite, whereby Joule heat is generated when the composite is damaged. It is to provide a self-healing carbon fiber-reinforced plastic composite and a self-healing device and method capable of self-healing while maintaining the shape through the.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기치유 탄소섬유강화 플라스틱 복합체는, 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 시트; 및, 전도성 입자가 용매에 혼합된 전도성 필러 현탁액을 상기 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 사이에 분무한 후 압력을 가하여 탄소섬유강화 플라스틱 시트에 일체화한 전도성 필러층;을 포함하여, 상기 탄소섬유강화 플라스틱 시트에 압력이 가해진 상태에서 상기 탄소섬유강화 플라스틱 시트에 전기에너지가 인가되면 전도성 필러층과 탄소섬유가 함께 발열하여 탄소섬유강화 플라스틱 시트의 손상이 치유되는 것을 특징으로 한다. A self-healing carbon fiber-reinforced plastic composite according to the present invention for achieving the above object includes a plurality of carbon fiber-reinforced plastic sheets; And, a conductive filler layer in which a conductive filler suspension in which conductive particles are mixed in a solvent is sprayed between the plurality of carbon fiber-reinforced plastics and then pressure is applied to integrate the carbon fiber-reinforced plastic sheet; the carbon fiber-reinforced plastic sheet When electrical energy is applied to the carbon fiber-reinforced plastic sheet in a state in which pressure is applied to the conductive filler layer and the carbon fiber together, the heat is generated, thereby healing damage to the carbon fiber-reinforced plastic sheet.

상기 전도성 필러 현탁액은 전도성 입자와, 분산제로서 PSS(Polysodium 4-styren sulfonate)를 용매에 혼입하여 만들어질 수 있지만, 이외에도 다양한 공지의 분산제가 적용될 수 있다. The conductive filler suspension may be prepared by mixing conductive particles and polysodium 4-styren sulfonate (PSS) as a dispersing agent in a solvent, but various other known dispersing agents may be applied.

상기 전도성 필러 현탁액에 포함되는 전도성 입자와 PSS는 탄소섬유강화 플라스틱 시트 100중량부에 대해 각각 4중량부씩 혼합될 수 있다. Conductive particles and PSS included in the conductive filler suspension may be mixed by 4 parts by weight, respectively, based on 100 parts by weight of the carbon fiber-reinforced plastic sheet.

상기 전도성 필러 현탁액은 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 사이에 분무되기 전에 초음파 처리된 것이 바람직하다. The conductive filler suspension is preferably sonicated before being sprayed between a plurality of carbon fiber reinforced plastics.

본 발명에 따른 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 자기치유하기 위한 장치는, 상기 탄소섬유강화 플라스틱 복합체가 지지되는 서포트베드; 상기 서포트베드 상에 지지된 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 일정한 압력으로 가압하는 가압유닛; 및, 상기 탄소섬유강화 플라스틱 복합체에 전기에너지를 인가하여 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 발열시키는 전원공급유닛;을 포함할 수 있다. An apparatus for self-healing a carbon fiber reinforced plastic composite according to the present invention includes a support bed on which the carbon fiber reinforced plastic composite is supported; a pressurizing unit pressurizing the carbon fiber reinforced plastic composite supported on the support bed at a constant pressure; and a power supply unit that generates heat from the carbon fiber reinforced plastic composite by applying electrical energy to the carbon fiber reinforced plastic composite.

상기 서포트베드의 상부면에 상기 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 하부면과 대응하는 형태를 갖도록 되어 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 하부면과 연접하면서 지지하는 서포트부가 구비될 수 있다. The upper surface of the support bed may have a shape corresponding to the lower surface of the carbon fiber-reinforced plastic composite, and a support portion may be provided to support while adhering to the lower surface of the carbon fiber-reinforced plastic composite.

상기 가압유닛은, 실린더와, 실린더 내로 공급되는 작동유체에 의해 신장되면서 탄소섬유강화 플라스틱 복합체에 압력을 가하는 피스톤을 구비한 액추에이터; 및, 상기 액추에이터로 작동유체를 공급하는 작동유체공급기;를 포함할 수 있다. The pressure unit includes: an actuator having a cylinder and a piston that applies pressure to the carbon fiber reinforced plastic composite while being extended by the working fluid supplied into the cylinder; and a working fluid supplier supplying a working fluid to the actuator.

본 발명에 따른 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 자기치유 방법은, The self-healing method of the carbon fiber-reinforced plastic composite according to the present invention,

(S1) 상기 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 서포트베드에 지지되게 하고, 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 전원공급유닛과 전기적으로 연결하는 단계;(S1) allowing the carbon fiber reinforced plastic composite to be supported on a support bed and electrically connecting the carbon fiber reinforced plastic composite to a power supply unit;

(S2) 가압유닛을 이용하여 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 서포트베드에 대해 일정한 압력을 가하는 단계; 및,(S2) applying a constant pressure to the carbon fiber-reinforced plastic composite against the support bed using a pressure unit; and,

(S3) 상기 전원공급유닛에서 탄소섬유강화 플라스틱 복합체에 전기에너지를 인가하여 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 발열시키는 단계;(S3) generating heat from the carbon fiber reinforced plastic composite by applying electrical energy to the carbon fiber reinforced plastic composite from the power supply unit;

를 포함할 수 있다.can include

본 발명에 따르면, 탄소섬유강화 플라스틱 복합체가 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 시트 사이에 전도성 입자가 분산된 전도성 필러 현탁액을 분무하여 전도성 필러층이 적층된 구조를 가지므로 제조가 매우 용이할 뿐만 아니라, 우수한 전기 전도도를 가질 수 있다. According to the present invention, since the carbon fiber-reinforced plastic composite has a structure in which a conductive filler layer is laminated by spraying a conductive filler suspension in which conductive particles are dispersed between a plurality of carbon fiber-reinforced plastic sheets, not only is it very easy to manufacture, but also excellent It may have electrical conductivity.

또한 탄소섬유강화 플라스틱 복합체에 손상이 발생했을 때 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 손상 부위에 소정의 압력을 가하면서 전기에너지를 공급하여 발열시킴으로써 자기치유 작용을 수행할 수 있으므로 손상된 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)을 폐기하지 않고 복구하여 재사용할 수 있다. 따라서 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)을 폐기에 따른 경제적 손실과 환경오염 문제를 해소할 수 있는 효과도 있다. In addition, when damage occurs to the carbon fiber reinforced plastic composite, it can perform a self-healing action by supplying electric energy and generating heat while applying a predetermined pressure to the damaged part of the carbon fiber reinforced plastic composite, so damaged carbon fiber reinforced plastic (CFRP) can be recovered and reused rather than discarded. Therefore, there is an effect that can solve the problem of economic loss and environmental pollution caused by the disposal of carbon fiber reinforced plastic (CFRP).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 제조하는 과정의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 자기치유하기 위한 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시한 자기치유 장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.1 is an exploded perspective view of a carbon fiber reinforced plastic composite according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the carbon fiber-reinforced plastic composite shown in FIG.
3 is a view showing an example of a process for manufacturing a carbon fiber-reinforced plastic composite according to the present invention.
4 is a view showing the configuration of an apparatus for self-healing a carbon fiber-reinforced plastic composite according to the present invention.
FIG. 5 is a view showing another embodiment of the self-healing device shown in FIG. 4 .

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.The embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one preferred example of the disclosed invention, and there may be various modifications that can replace the embodiments and drawings in this specification at the time of filing of the present application.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 자기치유 탄소섬유강화 플라스틱 복합체 및 그 자기치유를 위한 장치 및 방법을 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a self-healing carbon fiber reinforced plastic composite and a device and method for self-healing will be described in detail according to the following embodiments. Like symbols in the drawings indicate like components.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기치유 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)는 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11)와, 상기 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10) 사이에 적층되어 일체화된 전도성 필러층(12)을 포함한다. 1 and 2, the self-healing carbon fiber reinforced plastic composite 10 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of carbon fiber reinforced plastic sheets 11, and the plurality of carbon fiber reinforced plastic composites 10 ) and a conductive filler layer 12 laminated and integrated therebetween.

상기 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11)는 폴리머에 탄소섬유가 혼입된 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)으로 된 시트(sheet)로서, 적어도 2개 이상이 적층된다. The carbon fiber reinforced plastic sheet 11 is a sheet made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) in which carbon fibers are incorporated into a polymer, and at least two or more sheets are laminated.

전도성 필러층(12)은 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11) 사이사이에 적층되어 줄 발열에 의해 자기치유 효과를 제공하는 것으로, 탄소나노튜브, 탄소섬유, 그래핀, 흑연 등의 전도성 입자가 용매에 혼합된 전도성 필러 현탁액을 상기 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11) 사이에 분무한 후 압력을 가하여 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11)에 일체화된 것이다. The conductive filler layer 12 is laminated between the plurality of carbon fiber-reinforced plastic sheets 11 to provide a self-healing effect by Joule heating, and conductive particles such as carbon nanotubes, carbon fibers, graphene, and graphite After the conductive filler suspension mixed in the solvent is sprayed between the plurality of carbon fiber reinforced plastic sheets 11, pressure is applied to integrate them into the carbon fiber reinforced plastic sheets 11.

바람직한 실시예로서 전도성 필러층(12)을 이루는 전도성 필러 현탁액은 전도성 입자로서 탄소나노튜브(CNT)와, 분산제로서 PSS(Polysodium 4-styren sulfonate)를 용매에 혼입하여 만들어질 수 있다. 상기 용매로는 에탄올 또는 IPA(Isopropyl-alcohol)를 사용할 수 있다. As a preferred embodiment, the conductive filler suspension constituting the conductive filler layer 12 may be prepared by mixing carbon nanotubes (CNT) as conductive particles and polysodium 4-styren sulfonate (PSS) as a dispersant in a solvent. As the solvent, ethanol or isopropyl-alcohol (IPA) may be used.

탄소나노튜브(CNT)는 튜브형태의 나노크기의 작은 입자로서 sp2라는 강한 화학결합에 의한 독특한 구조적, 화학적, 기계적 및 전기적 성질을 바탕으로 여러 분야에서 활용되고 있다. Carbon nanotubes (CNTs) are tube-shaped, nano-sized particles that are used in various fields based on their unique structural, chemical, mechanical and electrical properties by a strong chemical bond called sp2.

탄소나노튜브(CNT)는 용매 내에서 혼합될 때 뭉침 현상이 발생하는 특성이 있다. 이에 탄소나노튜브(CNT)를 용매 내에서 균일하게 분산시키기 위하여 분산제로서 PSS(Polysodium 4-styren sulfonate)를 혼합한다. 상기 PSS(Polysodium 4-styren sulfonate)는 탄소나노튜브(CNT)와 동일한 양으로 혼합되는 것이 바람직하다. Carbon nanotubes (CNTs) have a characteristic of agglomeration when mixed in a solvent. Accordingly, PSS (Polysodium 4-styren sulfonate) is mixed as a dispersant to uniformly disperse the carbon nanotubes (CNT) in the solvent. The PSS (Polysodium 4-styren sulfonate) is preferably mixed in the same amount as the carbon nanotube (CNT).

탄소나노튜브(CNT)와 PSS는 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11) 100중량부에 대해 각각 4중량부씩 혼합되는 것이 바람직하다. Preferably, 4 parts by weight of carbon nanotubes (CNT) and PSS are mixed with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber-reinforced plastic sheet 11.

분산제는 PSS 이외에도 다양한 공지의 분산제를 적용할 수 있을 것이다. As the dispersant, other than PSS, various known dispersants may be applied.

도 3에 도시한 것과 같이, 상기 전도성 필러 현탁액은 분사기(30)를 통해 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11)의 면에 분무되어 도포된 다음, 그 위에 다른 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11)를 적층하고 대략 180℃ 이상의 고온에서 소정의 압력으로 압착되어 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11)에 일체화된 전도성 필러층(12)을 이루게 된다. 일예로서 상기 탄소나노튜브(CNT)와 PSS를 에탄올에 혼입하여 제조한 전도성 필러 현탁액은 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11) 사이에 분무된 후 220℃의 온도에서 1.0 MPa의 압력으로 5~10분 정도 압착된 다음, 70℃에서 1시간 동안 냉각되어 일체화되면서 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)로 제조될 수 있다.As shown in FIG. 3, the conductive filler suspension is sprayed and applied to the surface of the carbon fiber reinforced plastic sheet 11 through the injector 30, and then another carbon fiber reinforced plastic sheet 11 is laminated thereon, The conductive filler layer 12 integrated into the plurality of carbon fiber reinforced plastic sheets 11 is formed by being compressed with a predetermined pressure at a high temperature of about 180° C. or higher. As an example, the conductive filler suspension prepared by incorporating the carbon nanotubes (CNT) and PSS into ethanol is sprayed between a plurality of carbon fiber reinforced plastic sheets 11, and then 5 to 10 times at a pressure of 1.0 MPa at a temperature of 220 ° C. After being compressed for about a minute, it can be manufactured as a carbon fiber reinforced plastic composite 10 while being integrated by cooling at 70° C. for 1 hour.

한편 상기 전도성 필러 현탁액은 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11)에 분사되기 전에 초음파 처리되는 것이 바람직하다. 전도성 필러 현탁액이 초음파 처리되면 탄소나노튜브(CNT)가 현탁액 내에서 더욱 균일하게 분산될 수 있으므로 전기 전도도를 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다. Meanwhile, the conductive filler suspension is preferably subjected to ultrasonic treatment before spraying onto the carbon fiber-reinforced plastic sheet 11. When the conductive filler suspension is sonicated, carbon nanotubes (CNTs) can be more uniformly dispersed in the suspension, so the electrical conductivity can be further improved.

상술한 것과 같이 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11) 사이에 전도성 필러 현탁액으로 된 전도성 필러층(12)이 적층되어 구성된 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)는 소정의 압력이 가해진 상태에서 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11)에 전기에너지가 인가되면 전도성 필러층(12)과 탄소섬유가 함께 줄(Joule) 발열하여 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11)에 발생된 크랙 등의 손상이 치유될 수 있다. As described above, the carbon fiber reinforced plastic composite 10 composed of a conductive filler layer 12 made of a conductive filler suspension is laminated between a plurality of carbon fiber reinforced plastic sheets 11, and the carbon fiber reinforced plastic composite 10 is reinforced with carbon fiber in a state where a predetermined pressure is applied. When electrical energy is applied to the plastic sheet 11, the conductive filler layer 12 and the carbon fibers generate Joule heat together, and damage such as cracks generated in the carbon fiber reinforced plastic sheet 11 can be healed.

이러한 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)를 자기치유하기 위한 장치는, 도 4에 도시한 것과 같이 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)가 지지되는 서포트베드(100), 상기 서포트베드(100) 상에 지지된 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)를 일정한 압력으로 가압하는 가압유닛, 및 상기 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)에 전기에너지를 인가하여 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)를 발열시키는 전원공급유닛(400)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 4, the device for self-healing the carbon fiber reinforced plastic composite 10 includes a support bed 100 on which the carbon fiber reinforced plastic composite 10 is supported, and supported on the support bed 100. A pressurizing unit that pressurizes the carbon fiber reinforced plastic composite 10 with a constant pressure, and a power supply unit 400 that generates heat from the carbon fiber reinforced plastic composite 10 by applying electric energy to the carbon fiber reinforced plastic composite 10 ) may be included.

서포트베드(100)는 가압유닛에 의해 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)에 소정의 압력이 가해질 때 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)를 지지하는 받침대의 역할을 할 수 있도록 한 것으로, 도 5에 도시한 것과 같이, 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)가 곡면이나 3차원 형상을 갖는 경우 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)를 안정적으로 지지할 수 있도록 서포트베드(100)의 상부면에 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)의 하부면과 대응하는 형태를 갖는 서포트부(110)가 설치되어, 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)의 하부면이 서포트부(110)와 연접하면서 안정적인 지지력을 제공할 수 있다. The support bed 100 is intended to serve as a support for supporting the carbon fiber reinforced plastic composite 10 when a predetermined pressure is applied to the carbon fiber reinforced plastic composite 10 by a pressure unit, as shown in FIG. As described above, when the carbon fiber reinforced plastic composite 10 has a curved surface or a three-dimensional shape, the carbon fiber reinforced plastic composite is placed on the upper surface of the support bed 100 to stably support the carbon fiber reinforced plastic composite 10. The support portion 110 having a shape corresponding to the lower surface of (10) is installed, so that the lower surface of the carbon fiber reinforced plastic composite 10 is in contact with the support portion 110 to provide a stable supporting force.

다시 도 4를 참조하면, 상기 가압유닛은, 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)의 발열 시에 압력을 가함으로써 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)의 자기치유 효과를 얻을 수 있도록 하는 것으로, 이 실시예에서 가압유닛은 서포트베드(100)의 상측에 배치되어 외부에서 공급되는 작동유체에 의해 하측으로 가압력을 발생시키는 액추에이터(200)와, 상기 액추에이터(200)로 작동유체를 공급하는 작동유체공급기(300)를 포함한다. Referring back to FIG. 4, the pressurizing unit applies pressure when the carbon fiber reinforced plastic composite 10 generates heat, so that the self-healing effect of the carbon fiber reinforced plastic composite 10 can be obtained. In the pressurization unit is disposed on the upper side of the support bed 100, the actuator 200 for generating a pressing force downward by the working fluid supplied from the outside, and the working fluid supplier 300 for supplying the working fluid to the actuator 200 ).

액추에이터(200)는 상기 작동유체공급기(300)로부터 작동유체를 공급받는 실린더(210)와, 실린더(210)에 축방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 실린더(210) 내로 공급되는 작동유체에 의해 신장되면서 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)에 압력을 가하는 피스톤(220)을 구비한다. 액추에이터(200)의 실린더(210)는 서포트베드(100)의 일측에 설치되는 고정프레임(250)에 설치되며, 측면부에 작동유체가 유입되는 인렛포트(211)와 작동유체가 배출되는 아웃렛포트(212)가 마련되어 있다. The actuator 200 is extended by a cylinder 210 supplied with a working fluid from the working fluid supplier 300 and a working fluid installed in the cylinder 210 to be slidably axially supplied into the cylinder 210. A piston 220 for applying pressure to the carbon fiber reinforced plastic composite 10 is provided. The cylinder 210 of the actuator 200 is installed on the fixed frame 250 installed on one side of the support bed 100, and the inlet port 211 into which the working fluid flows in and the outlet port through which the working fluid is discharged ( 212) is provided.

피스톤(220)은 실린더(210)에 대해 축방향(상하방향)으로 신축되면서 서포트베드(100) 상의 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)에 하측으로 압력을 가하는데, 이 때 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)의 상부면을 통해 가압력이 효과적으로 전달되도록 하기 위하여 피스톤(220)의 끝단부에 평판형의 가압몰드(230)가 나사와 같은 체결수단에 의해 결합될 수 있다. 상기 가압몰드(230)는 피스톤(220)의 압력을 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)의 상부면에 넓은 면적으로 분산하여 전달함으로써 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)의 손상 부위 주변까지 확장하여 전달하여 손상 부위 전체를 효과적으로 치유할 수 있으며, 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)의 상부면이 피스톤(220)의 끝단부에 찍혀서 손상되거나 자국이 남는 현상을 방지하는 작용을 한다. The piston 220 applies downward pressure to the carbon fiber reinforced plastic composite 10 on the support bed 100 while extending and contracting in the axial direction (up and down direction) with respect to the cylinder 210. At this time, the carbon fiber reinforced plastic composite ( 10), a flat pressure mold 230 may be coupled to the end of the piston 220 by a fastening means such as a screw in order to effectively transmit the pressing force through the upper surface of the piston 220. The pressure mold 230 distributes the pressure of the piston 220 over a wide area on the upper surface of the carbon fiber reinforced plastic composite 10 and transmits it to the vicinity of the damaged portion of the carbon fiber reinforced plastic composite 10, The entire damaged area can be effectively healed, and the upper surface of the carbon fiber reinforced plastic composite 10 is stamped on the end of the piston 220 to prevent damage or marks from being left.

작동유체공급기(300)는 액추에이터(200)에 최적의 압력으로 작동유체를 공급하는 기능을 수행하도록 구성된 것으로, 이 실시예에서 작동유체공급기(300)는 AC 모터(320)에 의해 회전력을 전달받아 유압탱크(310) 내에 저장된 작동유체를 펌핑하는 유압펌프(330)와, 유압펌프(330)로부터 송출되는 작동유체의 압력을 조정하는 레귤레이터(340)와, 레귤레이터(340)에 의해 압력이 조정된 작동유체를 액추에이터(200)의 실린더(210)로 전달하거나 실린더(210)에서 배출되는 작동유체를 유압탱크(310)로 회수하도록 작동유체의 유동을 제어하는 제어모듈(350)을 포함한다. The working fluid supplier 300 is configured to supply a working fluid at an optimal pressure to the actuator 200, and in this embodiment, the working fluid supplier 300 receives rotational force by the AC motor 320 The hydraulic pump 330 for pumping the working fluid stored in the hydraulic tank 310, the regulator 340 for adjusting the pressure of the working fluid delivered from the hydraulic pump 330, and the pressure is adjusted by the regulator 340 It includes a control module 350 that controls the flow of the working fluid to transfer the working fluid to the cylinder 210 of the actuator 200 or to recover the working fluid discharged from the cylinder 210 to the hydraulic tank 310.

레귤레이터(340)는 압력조절밸브(341)를 돌려서 나사축(342)을 회전시킴으로써 최대 압력을 조절할 수 있도록 구성된다. 그리고 제어모듈(350)은 조절레버(351)를 상하로 이동시킴으로써 작동유체의 유동방향을 제어하여 작동유체를 액추에이터(200)로 공급하거나 액추에이터(200)로부터 회수할 수 있다. The regulator 340 is configured to adjust the maximum pressure by rotating the screw shaft 342 by turning the pressure control valve 341. In addition, the control module 350 controls the flow direction of the working fluid by moving the control lever 351 up and down to supply the working fluid to the actuator 200 or to recover it from the actuator 200 .

이외에도 작동유체공급기(300)는 액추에이터(200)로 일정한 압력으로 유체를 공급할 수 있는 공지의 유체 공급 장치를 적용하여 구성할 수 있다. In addition, the working fluid supplier 300 may be configured by applying a known fluid supply device capable of supplying fluid at a constant pressure to the actuator 200 .

전원공급유닛(400)은 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)에 전기에너지를 인가하여 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)를 줄 발열시키도록 구성된 것으로, 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)에 접촉되어 전기에너지를 인가하는 양전극(410)과 음전극(420)을 구비한다. The power supply unit 400 is configured to apply electrical energy to the carbon fiber reinforced plastic composite 10 to generate Joule heat in the carbon fiber reinforced plastic composite 10, and is in contact with the carbon fiber reinforced plastic composite 10 to generate electrical energy. A positive electrode 410 and a negative electrode 420 are provided.

이하 상술한 구성으로 이루어진 자기치유 장치를 이용하여 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)를 자기치유하는 방법에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of self-healing the carbon fiber-reinforced plastic composite 10 using the self-healing device configured as described above will be described in detail.

먼저 손상 부위가 발생한 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)를 서포트베드(100) 상에 안착시켜 지지되게 하고, 전원공급유닛(400)의 양전극(410) 및 음전극(420)을 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)에 부착하여 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)를 전원공급유닛(400)에 전기적으로 연결하여 치유 작업 준비를 한다. 이 때 가압유닛의 가압몰드(230)가 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)의 손상 부위와 대응하는 위치에 정렬되도록 한다.First, the damaged carbon fiber reinforced plastic composite 10 is seated on the support bed 100 to be supported, and the positive electrode 410 and negative electrode 420 of the power supply unit 400 are placed on the carbon fiber reinforced plastic composite ( 10) to electrically connect the carbon fiber reinforced plastic composite 10 to the power supply unit 400 to prepare for a healing operation. At this time, the pressure mold 230 of the pressure unit is aligned at a position corresponding to the damaged portion of the carbon fiber reinforced plastic composite 10 .

이어서 가압유닛의 작동유체공급기(300)를 작동시켜 액추에이터(200)에 작동유체를 공급하고, 피스톤(220)을 하강시켜 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)를 서포트베드(100)에 대해 일정한 압력을 가한다. 이와 동시에 상기 전원공급유닛(400)에서 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)에 전기에너지를 인가하여 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)를 줄(joule) 발열시킨다. Subsequently, the working fluid supply device 300 of the pressure unit is operated to supply the working fluid to the actuator 200, and the piston 220 is lowered to apply a constant pressure to the carbon fiber reinforced plastic composite 10 against the support bed 100. apply At the same time, electric energy is applied to the carbon fiber reinforced plastic composite 10 from the power supply unit 400 to cause the carbon fiber reinforced plastic composite 10 to generate joule heat.

탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)는 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11) 사이사이에 전도성 입자가 균일하게 분산된 전도성 필러층(12)이 개재되어 있으므로 우수한 전기 전도도를 가지며, 따라서 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)에 전기에너지가 인가되면 줄 발열에 의해 손상 부위가 자기치유된다. The carbon fiber-reinforced plastic composite 10 has excellent electrical conductivity because the conductive filler layer 12 in which conductive particles are uniformly dispersed is interposed between the carbon fiber-reinforced plastic sheets 11, and thus the carbon fiber-reinforced plastic composite ( When electric energy is applied to 10), the damaged part is self-healed by Joule heating.

전술한 것과 같이 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)는 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 시트(11) 사이에 전도성 입자가 분산된 전도성 필러 현탁액을 분무하여 전도성 필러층(12)이 적층된 구조를 가지므로 제조가 용이할 뿐만 아니라, 우수한 전기 전도도를 얻을 수 있다. As described above, the carbon fiber-reinforced plastic composite 10 is manufactured by spraying a conductive filler suspension in which conductive particles are dispersed between a plurality of carbon fiber-reinforced plastic sheets 11 to have a structure in which a conductive filler layer 12 is laminated. Not only is it easy, but also excellent electrical conductivity can be obtained.

또한 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)에 손상이 발생했을 때 탄소섬유강화 플라스틱 복합체(10)의 손상 부위에 소정의 압력을 가하면서 전기에너지를 공급하여 발열시킴으로써 자기치유 작용을 수행할 수 있으므로 손상된 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)을 폐기하지 않고 복구하여 재사용할 수 있다. 따라서 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)을 폐기에 따른 경제적 손실과 환경오염 문제를 해소할 수 있는 이점이 있다. In addition, when damage occurs to the carbon fiber reinforced plastic composite 10, a self-healing action can be performed by supplying electric energy to generate heat while applying a predetermined pressure to the damaged part of the carbon fiber reinforced plastic composite 10, so that the damaged carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) can be recovered and reused without being discarded. Therefore, there is an advantage in solving the problem of economic loss and environmental pollution caused by the disposal of carbon fiber reinforced plastics (CFRP).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

10 : 탄소섬유강화 플라스틱 복합체 11 : 탄소섬유강화 플라스틱 시트
12 : 전도성 필러층 30 : 분사기
100 : 서포트베드 110 : 서포트부
200 : 액추에이터 210 : 실린더
211 : 인렛포트 212 : 아웃렛포트
230 : 가압몰드 250 : 고정프레임
300 : 작동유체공급기 310 : 유압탱크
320 : AC 모터 330 : 유압펌프
340 : 레귤레이터 341 : 압력조절밸브
342 : 나사축 350 : 제어모듈
351 : 조절레버 400 : 전원공급유닛
410 : 양전극 420 : 음전극10: carbon fiber reinforced plastic composite 11: carbon fiber reinforced plastic sheet
12: conductive filler layer 30: injector
100: support bed 110: support unit
200: actuator 210: cylinder
211: inlet port 212: outlet port
230: pressure mold 250: fixed frame
300: working fluid supplier 310: hydraulic tank
320: AC motor 330: hydraulic pump
340: regulator 341: pressure control valve
342: screw shaft 350: control module
351: control lever 400: power supply unit
410: positive electrode 420: negative electrode

Claims (8)

폴리머에 탄소섬유가 혼입된 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 시트; 및,
전도성 입자가 용매에 혼합된 전도성 필러 현탁액을 상기 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 사이에 분무한 후 압력을 가하여 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 시트 사이에 적층되면서 일체화된 전도성 필러층;
을 포함하여,
상기 탄소섬유강화 플라스틱 시트에 압력이 가해진 상태에서 상기 탄소섬유강화 플라스틱 시트에 전기에너지가 인가되면 전도성 필러층과 탄소섬유가 함께 발열하여 탄소섬유강화 플라스틱 시트의 손상이 치유되는 탄소섬유강화 플라스틱 복합체.A plurality of carbon fiber-reinforced plastic sheets in which carbon fibers are incorporated into polymers; and,
A conductive filler layer integrated by spraying a conductive filler suspension in which conductive particles are mixed in a solvent between the plurality of carbon fiber reinforced plastics and then applying pressure to be laminated between the plurality of carbon fiber reinforced plastic sheets;
including,
When electrical energy is applied to the carbon fiber-reinforced plastic sheet in a state where pressure is applied to the carbon fiber-reinforced plastic sheet, the conductive filler layer and the carbon fibers generate heat together to heal damage to the carbon fiber-reinforced plastic sheet. A carbon fiber-reinforced plastic composite. 제1항에 있어서, 상기 전도성 필러 현탁액은 전도성 입자와, 분산제로서 PSS(Polysodium 4-styren sulfonate)를 용매에 혼입하여 만들어진 탄소섬유강화 플라스틱 복합체.The carbon fiber-reinforced plastic composite according to claim 1, wherein the conductive filler suspension is made by mixing conductive particles and polysodium 4-styren sulfonate (PSS) as a dispersant in a solvent. 제2항에 있어서, 상기 전도성 필러 현탁액에 포함되는 전도성 입자와 PSS는 탄소섬유강화 플라스틱 시트 100중량부에 대해 각각 4중량부씩 혼합되는 탄소섬유강화 플라스틱 복합체.The carbon fiber reinforced plastic composite according to claim 2, wherein 4 parts by weight of the conductive particles and PSS included in the conductive filler suspension are mixed with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber reinforced plastic sheet. 제1항에 있어서, 상기 전도성 필러 현탁액은 복수의 탄소섬유강화 플라스틱 사이에 분무되기 전에 초음파 처리된 탄소섬유강화 플라스틱 복합체.The carbon fiber reinforced plastic composite according to claim 1, wherein the conductive filler suspension is sonicated before being sprayed between the plurality of carbon fiber reinforced plastics. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 자기치유하기 위한 장치로서,
상기 탄소섬유강화 플라스틱 복합체가 지지되는 서포트베드;
상기 서포트베드 상에 지지된 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 일정한 압력으로 가압하는 가압유닛; 및,
상기 탄소섬유강화 플라스틱 복합체에 전기에너지를 인가하여 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 발열시키는 전원공급유닛;
을 포함하는 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 자기치유 장치.A device for self-healing the carbon fiber-reinforced plastic composite according to any one of claims 1 to 4,
a support bed on which the carbon fiber reinforced plastic composite is supported;
a pressurizing unit pressurizing the carbon fiber reinforced plastic composite supported on the support bed at a constant pressure; and,
a power supply unit that generates heat from the carbon fiber reinforced plastic composite by applying electrical energy to the carbon fiber reinforced plastic composite;
Self-healing device of a carbon fiber reinforced plastic composite comprising a. 제5항에 있어서, 상기 서포트베드의 상부면에 상기 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 하부면과 대응하는 형태를 갖도록 되어 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 하부면과 연접하면서 지지하는 서포트부가 구비된 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 자기치유 장치.The method of claim 5, wherein the upper surface of the support bed has a shape corresponding to the lower surface of the carbon fiber reinforced plastic composite, and the carbon fiber reinforced plastics support part is provided to support while being connected to the lower surface of the carbon fiber reinforced plastic composite. Complex self-healing device. 제5항에 있어서, 상기 가압유닛은,
실린더와, 실린더 내로 공급되는 작동유체에 의해 신장되면서 탄소섬유강화 플라스틱 복합체에 압력을 가하는 피스톤을 구비한 액추에이터; 및,
상기 액추에이터로 작동유체를 공급하는 작동유체공급기;
를 포함하는 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 자기치유 장치.The method of claim 5, wherein the pressurization unit,
an actuator having a cylinder and a piston that applies pressure to the carbon fiber-reinforced plastic composite while being extended by the working fluid supplied into the cylinder; and,
a working fluid supplier supplying a working fluid to the actuator;
Self-healing device of a carbon fiber reinforced plastic composite comprising a. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 자기치유 방법으로서,
(S1) 상기 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 서포트베드에 지지되게 하고, 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 전원공급유닛과 전기적으로 연결하는 단계;
(S2) 가압유닛을 이용하여 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 서포트베드에 대해 일정한 압력을 가하는 단계; 및,
(S3) 상기 전원공급유닛에서 탄소섬유강화 플라스틱 복합체에 전기에너지를 인가하여 탄소섬유강화 플라스틱 복합체를 발열시키는 단계;
를 포함하는 자기치유 탄소섬유강화 플라스틱 복합체의 자기치유 방법.A self-healing method for the carbon fiber-reinforced plastic composite according to any one of claims 1 to 4,
(S1) allowing the carbon fiber reinforced plastic composite to be supported on a support bed, and electrically connecting the carbon fiber reinforced plastic composite to a power supply unit;
(S2) applying a constant pressure to the carbon fiber-reinforced plastic composite against the support bed using a pressure unit; and,
(S3) generating heat from the carbon fiber reinforced plastic composite by applying electrical energy to the carbon fiber reinforced plastic composite from the power supply unit;
Self-healing method of a self-healing carbon fiber reinforced plastic composite comprising a.
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