Cure behavior of carbon fiber reinforced phenolic composite was investigated to obtain the manufacture design data of high temperature and long lifetime ablative nozzle composites in rocket propulsion system. First of all, cure reaction of resin was studied to obtain the cure initiation temperature and the heat of cure by using the thermal analysis system. Flow behavior of resin and prepreg was studied by using the rheometric and dielectric analysis systems in order to obtain resin flow in composite, viscosity increase resulted from the cure reaction, and solidification behavior during cure. After the preliminary study, cure cycle of composite was obtained and composite had uniform temperature distribution during cure of composite. In this study, the pressurization point effect on cure cycle was investigated to get carbon fiber reinforced phenolic composite having no voids and blisters. By using the dielectric analysis systems pressurization points were selected by the ion and dipole mobilities of resin that have the information of resin flow and viscosity during cure of composite. Resin flow out ratio, 1 ply thickness, relative compaction ratio, density, residual volatile contents, and interlaminar shear strength of composites were tested with different pressurization points and it was found that the pressurization point during cure had great effect on compaction in carbon fiber reinforced phenolic composite.

고온, 장시간 연소용의 추진기관 노즐 내열재의 적용을 목표로 하여, 탄소섬유 강화 페놀 복합재료의 경화반응거동을 조사하였고, 이로부터 제작공정설계를 위한 자료화를 시도하였다. 먼저 수지의 경화반응거동을 관찰하여 경화시작온도와 경화 발열에 대하여 조사하였으며 수지와 탄소섬유 강화 프리프레그의 점성거동을 관찰하여 경화중 복합재료내 수지의 흐름, 반응시작에 따른 점도 상승, 경화에 의한 고형화 등의 특성을 연구하였다. 경화중 복합재료내의 균일한 온도분포를 가질 수 있는 승온속도를 결정한 후, 본 실험에서 사용한 탄소섬유 강화 페놀 복합재료의 경화주기를 결정하였다. 또한 본 연구에서는 결정된 경화주기내에서 최종 제품내 void나 blister 등과 같은 결함을 없애고, 프리프레그 사이의 압착을 향상시켜 높은 물성을 가지는 복합재료를 제조하기 위한 최적의 가압시점 결정을 중점적으로 연구하였다. 이를 위하여 경화 주기중에 복합재료내 수지의 흐름과 반응에 대한 정보를 알 수 있는 수지의 이온과 dipole의 거동을 dielectrometry에서 측정하여 각각의 변화 점에 따라 가압시점을 달리하여 복합재료를 제작하였다. 제작된 복합재료의 수지 유출량, 경화 후 1 ply의 두께, 상대압착률, 밀도, 잔류 휘발분양, 층간 전단강도 등을 측정하여 복합재료의 성형주기중 가압시점이 최종물성에 미치는 영향을 연구하였으며, 이에 따라 경화주기중 수지의 흐름이 시작되는 점과 경화반응이 일어나기전 loss factor가 최소가 되는 점에서 압력을 가하는 것이 좋은 물성을 얻는 조건을 알 수 있었다.

Keywords: carbon/phenolic composite; cure cycle; pressurization point