Recently, research on applying composite materials to various industrial fields is being actively conducted. In particular, composite materials fabricated by Fused Deposition Modeling 3D printers have more advantages than existing materials as they have fewer restrictions on manufacturing shape, reduce the time required, weight. With these advantages, it is possible to consider utilizing composite materials in cryogenic environments such as the application of liquid oxygen and liquid hydrogen, which are mainly used in an aerospace and mobility. However, FDM composite materials are not verified in cryogenic environments less than 150K. This study evaluates the characteristics of composite materials such as tensile strength and strain using a UTM (Universal Testing Machine). The specimen is immersed in liquid nitrogen (77 K) to cool down during the test. The specimen is fabricated using 3D print, and can be manufactured by stacking reinforced fibers such as carbon fiber, fiber glass, and aramid fiber (Kevlar) with base material (Onyx). For the experimental method and specimen shape, international standards ASTM D638 and ASTM D3039 for tensile testing of composite materials were referenced.
Polyketone fiber, a newly developed high strength fiber, has a tenacity and modulus similar to the p-aramid fiber, and can be used for reinforcing mechanical rubber goods(MRG), such as tires, hoses, and technical textiles. It will be expected for replacement of super fiber such as aramids and increasing the technical textile market share. This paper surveys the mechanical properties of polyketone fiber for technical textiles. For this purpose, dyed polyketone fabric is prepared, mechanical properties of coated and uncoated polyketone fabrics such as tensile strength, elongation and tear strength were examined before and after weather resistance test(temperature $63{\pm}3^{\circ}C$, humidity 60%, amount of power $0.35w/m^2$). The differences of mechanical properties between uncoated and coated fabrics for high functional technical textiles and composite materials are estimated through this study. The UV-stability of polyketone fabric showed obvious improvement after coating. After 168h(7day) of UV exposure, the coated fabric showed less deterioration in mechanical properties with the retained tensile strength and elongation at break greater than 22 and 17% of the uncoated polyketone fabrics values, respectively.
본 연구는 콘크리트 보강근으로 사용된 단일 FRP 또는 하이브리드 FRP(전기적 특성을 가지고 있는)의 전기저항 변화를 모니터링 함으로써, 콘크리트의 파괴에 대한 자가진단 적용 특성을 검토하기 위해 수행되었다. CFRP(단일형), CRGFRP와 CFAFRP(하이브리드형)의 3종류로 보강된 콘크리트에 휨 하중 재하 단계별로 하중을 가하여 균열 또는 파괴가 발생하기 전후의 탄소섬유의 전기저항 변화를 조사하여, 각 인자의 관계특성(각 하중단계별 전기저항, 변형률, 처짐 등의 변화)을 분석하였다. 그 결과, 콘크리트 인장측 파괴 시 탄소섬유단이 파괴될 때 전기저항은 크게 증가하지만, 그 후 하이브리드 FRP 재료 중 탄소섬유를 보강하고 있던 유리섬유나 아라미드섬유가 나머지 추가 재하 하중에 저항할 수 있어 콘크리트 시험체의 전 파괴단계에까지는 이르지 않았다. 따라서 탄소섬유가 포함된 하이브리트 FRP 보강근은 콘크리트 시험체의 파괴를 사전에 감지할 수 있는 자가진단 재료로서의 적용 및 사용이 가능함을 알 수 있다.
열가소성 고분자 복합재료 개발을 위하여 매트릭스수지로는 폴리프로필렌(PPF) 섬유를 사용하고 유기계 강화섬유로 비닐론(VF), 아라미드(KF) 및 나일론(PAF) 섬유 등을 사용하여 복합매트를 얻은다음 압축 성형하여 고분자 복합재료를 제조하였다. 제조한 고분자 복합재료의 충격 특성 및 형태학적 특성 등을 측정하였다. 아이조드충격강도는 VF/PP가 크며, 고속충격특성은 KF/PP계가 약간 크게 나타났다. Ductility Index(Dl)는 VF/PP>KF/PP>PAF/PP 순으로 나타났으며 VF/PP의 최대 DI값은 섬유중량분율이 20%일 때 2.43이었다. 유기섬유 충전률은 20~30%가 최적값이었으며 SEM 관찰로 섬유분산상태 및 배향성은 양호함을 확인하였다. 결론적으로 VF/PP 복합재료가 KF/PP 및 PAF/PP 복합재료에 비해 계면접착력이 가장 우수하였다.
목구조물 접합부에 기존의 슬릿(slit)형 강판을 대체하기 위해서 FRP (Fiber Reinforced Plastic) 보강적층판을 제작하였다. 보강재, 접착제 종류에 따라 총 4가지 타입의 FRP 보강적층판을 제작하였으며, 접합부 적용 전 KSF 3021과 KSF 2160에 의거한 박리실험과 ASTM D5045-99에서 제안한 Compact Tension (CT)형 파괴인성 시험을 실시하였다. 접착성능 시험결과 GFRP textile, GFRP sheet, GFRP Textile-Sheet 타입의 FRP 보강적층판은 침지 및 내수침지박리 시험에서 모두 KS 기준인 박리율 5% 이하를 만족하였다. 그러나 Aramid 타입의 시험편은 침지박리율 4.8%로 기준을 만족하였으나 내수침지박리율 70%로 합격기준을 만족하지 못하였다. 파괴인성 시험결과 단판만을 교차적층 시킨 대조군시험편보다 목재 대비 보강재 체적비를 23%로 함으로서 FRP 보강적층판의 내력이 2~4배 증가하였다. 그중에서도 GFRP Textile-Sheet 타입의 시험편이 하중 평행방향의 유리섬유 배열로 인해 할렬파단을 억제하면서 대조군 대비 응력확대계수 비가 61% 증가되어 파괴를 가장 크게 억제하는 것으로 확인되었다. FRP 보강적층판과 비금속 dowels을 사용한 접합부의 인장형 전단내력은 금속접합에 비해 약 12% 낮은 내력이 측정되었다.
그라우팅 공법은 연약지반의 보강과 방수 및 지하수위저하 또는 상승과 진동으로 인한 침하 및 부등침하로 손상된 구조물의 지지력을 높이고 차수를 높이는 목적으로 사용된다. 본 연구는 보강섬유를 이용하여 그라우트재료의 강도와 경화시간을 증대시키기 위하여 고로슬래그 기반의 무시멘트 그라우트재를 개발하고자 하였다. 이와 관련하여 본 연구에서는 고로슬래그 3종 미분말의 알칼리 자극제인 수산화칼슘과 배합하여 사용하였고 수산화칼슘의 함유량은 고로슬래그 미분말 대비 10, 20, 30% 까지 치환하여 사용하였다. 또한 보강섬유 유무에 따른 강도를 비교하기 위하여 각 섬유를 0.5%씩 추가하여 실험을 수행하였다. 탄소섬유 및 아라미드 섬유 함유량이 증가함에 따라 일축압축강도가 증가하였고, 이는 그라우트재 내에 섬유에 의한 가교작용이 일축압축강도를 증가시키는 경향을 확인하였다. 또한 알칼리자극제의 함유량이 증가할수록 겔타임이 급격하게 감소하는 것을 확인하였다.
그라우팅 공법은 연약지반의 보강과 방수 및 지하수위저하 또는 상승과 진동으로 인한 침하 및 부등침하로 손상된 구조물의 지지력을 높이고 차수를 높이는 목적으로 사용된다. 본 연구는 보강섬유를 이용하여 그라우트재료의 강도와 경화시간을 증대시키기 위하여 고로슬래그 기반의 무시멘트 그라우트재를 개발하고자 하였다. 이와 관련하여 본 연구에서는 고로슬래그 3종 미분말의 알칼리 자극제인 수산화칼슘을 미분말 형태로 배합하여 사용하였고 수산화칼슘의 함유량은 고로슬래그 미분말 대비 10, 20, 30%까지 치환하여 사용하였다. 또한 보강섬유 유무에 따른 강도를 비교하기 위하여 각 섬유를 0.5%씩 추가하여 실험을 수행하였다. 보강섬유인 아라미드 및 탄소섬유 함유량이 증가함에 따라 일축압축강도가 증가하였는데 이는 그라우트재 내에 섬유에 의한 가교작용이 일축압축강도를 증가시킨 것으로 확인할 수 있다. 또한 알칼리자극제의 함유량이 증가할수록 일축압축강도가 증가하였으나 순수한 시멘트 100%일 때 보다는 낮은 강도를 확인할 수 있었다. 이는 알칼리자극제인 수산화칼슘이 고로슬래그 미분말과 반응했을 때 강도 증가에 영향을 미칠 수는 있으나, 시멘트와 비교하였을 때 미분말형태보다는 용액의 형태가 더 효과적이라는 것을 알 수 있다.
Fiber reinforced plastic (FRP) rods are used as reinforcement (prestressed or not) to concrete. FRP composites can also be combined with steel to form hybrid reinforcing rods that take advantage of the properties of both materials. In order to effectively utilize these rods, their bond behavior with concrete must be understood. The objective of this study is to characterize and model the bond behavior of hybrid FRP rods made with epoxy-impregnated aramid or poly-vinyl alcohol FRP skins directly braided onto a steel core. The model closely examines the split failure of the concrete by quantifying the relationship between slip of the rods resulting transverse stress field in concrete. The model is used to derive coefficients of friction for these rods and, from these, their development length requirements. More testing is needed to confirm this model, but in the interim, it may serve as a design aide, allowing intelligent decisions regarding concrete cover and development length. As such, this model has helped to explain and predict some experimental data from concentric pull-out tests of hybrid FRP rods.
Nanni, Antonio;Nenninger, Jeremy S.;Ash, Kenneth D.;Liu, Judy
Structural Engineering and Mechanics
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제5권4호
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pp.339-353
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1997
Fiber reinforced plastic (FRP) rods provide certain benefits over steel as concrete reinforcement, such as corrosion resistance, magnetic and electrical insulation, light weight, and high strength. FRP composites can be combined with a steel core to form hybrid reinforcing rods that take advantage of properties of both materials. The objective of this study was to characterize the bond behavior of hybrid FRP rods made with braided epoxy-impregnated aramid or poly-vinyl alcohol FRP skins. Eleven rod types were tested using two concrete strengths. Specific topics examined were bond strength, slip, and type of failure in concentric pull-out tests from concrete cubes. From analysis of identical pull-out tests on both hybrid and steel rods, information on relative bond strength and behavior were obtained. It is concluded that strength is similar but slip in hybrid rods is much higher. Hybrid rods failed either by pull-out or splitting the concrete block (with or without yielding of the steel core). Experimental data showed consistency with similar test results presented in the literature.
Fall-arrest system have been widely applied to provide a safe stop during fall incidents for occupational activities. This research object to evaluate the energy capacity of fall arrest shock energy absorber lanyard in relation to the used super fiber. In this work, shock energy absorber lanyard was prepared using high tenacity PET, high tenacity PET/P-aramid and high tenacity PET/UHMWPE, respectively. Dynamic load and static load tests based on the Korea fall protection equipment standard(Korea Occupational Safety & Health Agency standard 2013-13) were conducted. Maximum arrest force by dynamic load test of shock energy absorber showed below 6,000N. Also, static strength by static load test of lanyard and rope remains 15,000N and 22,000N for 1 min.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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