This study examines how the stitching density of pitch-based carbon fibers affects the thermal welding efficiency of CF/PEEK composites. Stitching at 5 mm and 10 mm intervals was compared, showing that higher density significantly enhanced through-thickness thermal conductivity—up to 9.740 W/m·K. This improvement enabled faster heat transfer and effective welding at lower temperatures. However, lap shear strength remained similar across all samples, with only minor variation. While stitching density had little impact on joint strength, it greatly improved thermal conduction and weld stability. The proposed design offers potential for efficient low-temperature welding of large thermoplastic composite structures.

본 연구에서는 Pitch계 탄소섬유의 스티칭 밀도가 CF/PEEK 복합재의 열전도 용접 효율에 미치는 영향을 평가하였다. 높은 열전도도를 갖는 Pitch계 탄소섬유를 복합재 내부에 두께방향으로 스티칭하고, 스티칭 간격을 10 mm 및 5 mm로 설정하여 열전달 성능과 접합 특성을 비교 분석하였다. 실험 결과, 스티칭 밀도가 증가할수록 두께방향 열전도도가 향상되었으며, 5 mm 간격 시편은 스티칭이 없는 시편 대비 2,723.2% 증가한 9.740 W/m·K의 열전도도를 나타냈다. 이로 인해 접합 계면 온도가 더 빠르게 용융온도에 도달하고, 동일한 조건에서도 낮은 열원 온도에서의 용접이 가능해졌다. 단일 겹침 전단 시험 결과, 접합 계면에서 PEEK 필름이 용융된 경우의 접합 강도는 스티칭 밀도에 관계없이 유사하였고, 최대 차이는 1.9 MPa에 불과하였다. 이는 스티칭 밀도가 강도에는 큰 영향을 미치지 않지만, 열전도 성능 향상으로 낮은 금형 온도에서도 안정적인 용접이 가능함을 보여준다. 따라서 본 연구에서 제안한 고열전도도 복합재 구조는 대형 구조물의 저온 환경에서 고효율 열전도 용접 공정에 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

Keywords: 열가소성 복합재(Thermoplastic composite), 열전도 용접(Thermal conduction welding), Pitch계 탄소섬유(Pitch-based carbon fiber), 스티칭(Stitching), 열전도도 향상(Thermal conductivity enhancement)