다기능성 탄소복합소재의 철도 차량 적용을 위한 접촉저항 개선 방안

초록

최근 탄소섬유복합소재의 경량성과 높은 비강성 및 비강도로 얻는 이점에 따라 금속재를 탄소복합소재로 대체하여 철도차량 및 여러 분야에서 도입하고자 많은 시도들이 이루어지고 있다. 이때 탄소섬유의 우수한 전기적 특성을 활용하여 단순 경량소재로서의 역할을 넘어 다기능성 소재로서 사용하고자 하는 연구들이 활발히 수행되고 있다. 본 연구에서는 철도차량 적용 시 발열 성능 및 에너지 효율, 그리고 비파괴 검사의 신뢰성을 향상시키기 위해 접촉저항을 분석 및 개선하고자 한다. 여기서 접촉저항은 탄소섬유와 전극으로 사용된 구리테이프 사이의 접촉저항, 그라고 탄소섬유 층간의 접촉저항으로 나눌 수 있다. 이에 전기전도성이 높은 니켈 페인트를 접촉면에 도포하여 두 가지 접촉저항 모두를 개선하고자 한다. 다층 적층한 탄소섬유에 일정한 힘을 가한 상태에서 4탐침법을 이용하여 저항을 측정하고 각각의 접촉저항을 Transfer Length Method(TLM)과 간단한 회로도 모델을 통해 분석하였다. 결과적으로 탄소섬유와 전극사이의 접촉저항의 경우 약 7.58[Ohm]에서 0.24[Ohm]으로, 탄소섬유 층간의 접촉 저항의 경우 약 2.55[Ohm]에서 0.13[Ohm]으로 획기적으로 개선된 것을 확인할 수 있었다. 또한 온도 사이클 실험을 통해 금속인 니켈 페인트를 도입하였을 때의 내구성 및 성능 저하 여부를 확인하였으며, 향후 다기능성 탄소복합소재의 철도 차량 및 다양한 분야 활용에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.