기계공학과 김상엽 교수 연구팀, 복합재료 분야 국제 저명 학술지 Composites Part A에 논문 게재

기계공학과 김상엽 교수 연구팀,

복합재료 분야 국제 저명 학술지 Composites Part A에 논문 게재

▲ (좌측부터) 기계공학과 김상엽 교수, 김민수 석박통합과정

   모교 기계공학과 김상엽 교수 연구팀이 탄소섬유 프리프레그 제조 공정에서 발생하는 장력 불안정 문제를 해결하기 위한 벤치탑 습식 필라멘트 와인딩 기반 프리프레그 제조 플랫폼을 개발하고, 그 연구 성과를 복합재료 분야 국제 저명 학술지 Composites Part A: Applied Science and Manufacturing(IF 8.9)에 게재하였다. 본 연구는 기계공학과 김민수 석박사통합과정이 제1저자로, 김상엽 교수가 교신저자로 참여하였다.

탄소섬유 강화 복합재(CFRP)는 항공우주, 자동차, 방위산업 등 고성능 구조재 분야에서 널리 활용되고 있으나, 중간재인 프리프레그 제조를 위해서는 섬유 장력, 수지 함침, 섬유 배열 등을 정밀하게 제어해야 한다. 특히 연구실 규모의 소형 장비는 산업용 장비에 비해 섬유 이송 경로가 짧고 시스템 관성이 낮아, 보빈 마찰과 수지 저항에 의한 장력 변동이 크게 발생한다. 이러한 장력 불안정은 섬유 굴곡, 수지 분포 불균일, 결함 형성으로 이어져 최종 복합재의 물성 재현성을 저하시킬 수 있다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 자기입자 브레이크, 공압식 댄서 롤러, 로드셀 기반 PI 피드백 제어를 결합한 하이브리드 장력 제어 시스템을 설계하였다. 개발된 시스템은 짧은 섬유 이송 경로에서도 목표 장력의 ±5% 이내로 탄소섬유 토우 장력을 안정적으로 유지하였으며 순간적인 장력 교란을 효과적으로 억제하였다. 또한 장력 제어 수준에 따라 제조된 프리프레그의 표면 품질, 수지 함침 거동, 미세구조 및 인장 특성을 비교한 결과, 단순히 높은 장력을 부여하는 것보다 장력 변동을 안정적으로 제어하는 것이 균일한 섬유 배열과 수지 분포 확보에 더 중요함을 확인하였다. 제어 시스템을 적용한 결과, 장력 제어 없이 제조한 복합재에 비해 인장강도는 약 55%, 탄성률은 약 35% 향상되었으며, 시편 간 물성 편차도 크게 감소하였다.

이번 연구는 소형·모듈형 프리프레그 제조 플랫폼을 통해 공정 조건과 복합재 성능 사이의 관계를 체계적으로 분석할 수 있음을 보였다는 점에서 의의가 있다. 향후 고내열 수지, 기능성 입자, 다기능 복합재료 등 차세대 복합재 제조 공정 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

제1저자인 김민수 석박사통합과정은 “이번 연구를 통해 연구실 규모의 프리프레그 제조에서도 장력 제어가 섬유 배열과 수지 함침, 최종 복합재 물성에 중요한 영향을 미친다는 점을 확인할 수 있었다”라며, “연구 과정 전반에 걸쳐 많은 조언과 지도를 해주신 김상엽 교수님께 감사드리며, 앞으로도 본 플랫폼을 바탕으로 다양한 고성능 복합재료 제조 공정 연구를 이어가고자 한다”라고 밝혔다.

▶논문 제목: Development of a benchtop prepreg manufacturing platform with integrated tension control of short-travel-path carbon fiber tow

▶저널명: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing(IF 8.9)

▶논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2026.109972

출처 : 서강대학교, "복합재료 분야 국제 저명 학술지 Composites Part A에 논문 게재", 서강대학교 서강 Story - 미디어센터 - 뉴스, 2026.06.12. , https://www.sogang.ac.kr/ko/detail/550351?namepage=StoryMedia&text=%EC%84%9C%EA%B0%95%20Story&configPkId=143,610,58&title=%EB%89%B4%EC%8A%A4&data=%5B%7B%22label%22%3A%22%EC%A0%84%EC%B2%B4%22%2C%22value%22%3A%22143%2C610%2C58%22%2C%22link%22%3A%22%2Fko%2Fstory%2Fmedia-center%22%7D%2C%7B%22label%22%3A%22%EC%84%9C%EA%B0%95%20%EB%89%B4%EC%8A%A4%22%2C%22value%22%3A%22143%22%2C%22linkRedirect%22%3A%22%2Fko%2Fstory%2Fmedia-center%3Ftab%3D1%22%7D%2C%7B%22label%22%3A%22%EC%84%9C%EA%B0%95%20%ED%94%BC%ED%94%8C%22%2C%22value%22%3A%22610%22%2C%22linkRedirect%22%3A%22%2Fko%2Fstory%2Fmedia-center%3Ftab%3D2%22%7D%2C%7B%22label%22%3A%22%EC%97%B0%EA%B5%AC%20%EC%84%B1%EA%B3%BC%22%2C%22value%22%3A%2258%22%2C%22linkRedirect%22%3A%22%2Fko%2Fstory%2Fmedia-center%3Ftab%3D3%22%7D%5D&activeIndex=0&redirect=/ko/story/media-center