Prediction of Long-Term Interlaminar Shear Strength of Carbon Fiber/Epoxy Composites Exposed to Environmental Factors

The purpose of this study was to predict the long-term performance using the interlaminar shear strength of carbon fiber/epoxy composites exposed to environmental factors. Interlaminar shear specimens, manufactured by the filament winding method, were exposed to the conditions of drying at $50^{\circ}C$, $70^{\circ}C$, and $100^{\circ}C$ and of immersion at $25^{\circ}C$, $50^{\circ}C$, and $70^{\circ}C$ for up to 3000 hours, respectively. According to the results, the interlaminar shear strength did not vary significantly with the exposure time for the drying at $50^{\circ}C$ and $70^{\circ}C$, but it increased somewhat for the drying at $100^{\circ}C$ due to the post curing as the exposure time increased. The interlaminar shear strength of the specimens exposed to the immersion at $25^{\circ}C$ did not change significantly at the beginning of exposure, but it decreased with the exposure time and the degree of decrease increased as the environmental temperature increased. The linear regression equations for the environmental temperatures were obtained from the interlaminar shear strength of the specimens exposed to the immersion for up to 3000 hours. Using these linear regression equations, the interlaminar shear strength was estimated to be within 5.5% of the measured value at $25^{\circ}C$ and $50^{\circ}C$, and 2.3% of the measured value at $70^{\circ}C$. Therefore, the proposed performance prediction procedures can predict well the long-term interlaminar shear strength of carbon fiber/epoxy composites exposed to environmental factors.

환경인자에 노출된 탄소섬유/에폭시 복합재의 장기 층간전단강도 예측

본 연구에서는 환경인자에 노출된 탄소섬유/에폭시 복합재의 층간전단강도를 이용하여 장기 성능을 예측하였다. 필라멘트와인딩 공법으로 제작된 층간전단시편은 분위기 온도가 $50^{\circ}C$, $70^{\circ}C$, $100^{\circ}C$인 건조 조건과 분위기 온도가 $25^{\circ}C$, $50^{\circ}C$, $70^{\circ}C$인 침수 조건에 각각 3000시간까지 노출시켰다. 연구결과에 따르면 분위기 온도가 $50^{\circ}C$와 $70^{\circ}C$인 건조 상태에서는 층간전단강도가 노출시간에 따라 크게 변하지 않지만 분위기 온도가 $100^{\circ}C$인 건조 상태에서는 노출시간이 길어지면 후경화로 인해 다소 증가한다. 그러나 분위기 온도가 $25^{\circ}C$인 침수 상태의 경우 층간전단강도는 노출 초기에 크게 변하지 않다가 노출시간이 길어지면 감소하고 감소 정도는 분위기 온도가 높아지면 커진다. 각 분위기 온도에 대한 층간전단강도 선형회귀식은 침수 상태에 3000시간까지 노출된 시편에서 얻은 층간전단강도에서 구할 수 있었다. 이들 선형 회귀식을 이용하면 층간전단강도는 분위기 온도가 $25^{\circ}C$와 $50^{\circ}C$인 경우 측정값의 5.5% 이내, 분위기 온도가 $70^{\circ}C$인 경우 측정값의 2.3% 이내로 예측이 가능하였다. 따라서 제시된 성능 예측 절차는 환경인자에 노출된 탄소섬유/에폭시 복합재의 장기 층간전단강도를 잘 예측할 수 있다.