Abstract
Interfacial and microfailure properties of carbon fiber/epoxy matrix composites were evaluated using both tensile fragmentation and compressive Broutman tests with an aid of acoustic emission (AE) monitoring. A polymeric maleic anhydride coupling agent and a monomeric amino-silane coupling agent were used via the electrodeposition (ED) and the dipping applications, respectively. Both coupling agents exhibited significant improvements in interfacial shear strength (IFSS) compared to the untreated case under tensile and compressive tests. The typical microfailure modes including fiber break of cone-shape, matrix cracking, and partial interlayer failure were observed during tensile test, whereas the diagonal slippage in fiber ends was observed under compressive test. For both loading types, fiber breaks occurred around just before and after yielding point. In both the untreated and treated cases AE amplitudes were separately distributed for the tensile testing, whereas they were closely distributed for the compressive tests. It is because of the difference in failure energies of carbon fiber between tensile and compressive loading. The maximum AE voltage for the waveform of carbon or basalt fiber breakages under tensile tests exhibited much larger than those under compressive tests, which can provide the difference in the failure energy of the individual failure processes.
탄소섬유/에폭시 복합재료의 계면 및 미세파괴 물성을 인장 fragmentation과 압축 Broutman 두 시험법과 음향방출 시험을 이용하여 평가하였다. Maleic anhydride polymeric coupling agent와 amino-silane를 각각 전기증착법 및 dipping을 통하여 섬유표면에 적용하였다. 두 coupling agents를 사용한 섬유와 기지간의 계면전단강도는 인장 및 압축 두 시험에서 모두 미처리와 비교하여 큰 증가를 나타내었다. 인장시험 동안에, 원추모양의 섬유파단과 기지의 cracking 그리고 부분적인 interlayer failure로 이루어진 전형적인 미세파괴 형태가 발생하였다. 이에 비하여, 압축시험에서는 부러진 섬유의 끝에서 대각선 방향이 슬립거동이 관찰되었다. 주어진 두 힘의 하중상태에서 섬유의 파단은 항복점 전후 부근에서 일어났다. 음향방출분포는 인장에서 섬유표면 처리와 미처리의 두 조건에서 미세파괴 신호가 잘 분리되었으며, 한편, 압축에서는 signal이 다소 중복되어 나타났다. 이는 탄소섬유의 인장력/압축력 간의 파괴에너지 차이에 기인한다고 고려된다. 탄소와 basalt 섬유복합재료의 섬유파단 waveform의 최대 voltage는 압축보다 인장시험에서 상당히 크게 나타났으며, 이들은 음향방출시험으로 파괴에너지 차이를 명확히 비교 및 확인할 수 있었다.
