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.
This research is to evaluate the effect of sunshine treatment on the strength in the Al 6061/AFRP hybrid composite(APAL). APAL specimens were processed by autoclave curing system under the constant condition of curing temperature, time and aluminum surface pertreatment. Aramid patched aluminum alloy can be widely used for the repair of the damage part of the aircraft. The tensile strength of the sunshine treated APAL 2P and 6P composite is 14%, 22% smaller than that of the non-treated material. The interlaminar shear strength of the APAL specimens for the adhesive length of 5mm is 24% higher than that of the APAL for the adhesive length of 10mm. In the case of APAL DS 1P material, interlaminar shear strength of the specimen which was sunshine treated for 200 hours is 21% smaller than that of the non-treated material while interlaminar shear strength of the specimen which was immersed in a 70.deg. C fresh water for 1200 hours decreases by 75.7%.
탄소나노튜브가 발견된 이후로, 고분자 수지의 기계적, 전기적 물성을 증대시키는 보강재로서 많은 연구가 수행되어 왔다. 더 나아가, 탄소나뉴튜브를 탄소섬유복합재 (CFRP)의 기지가 되는 수지를 보강시키는 데 이용하는 연구도 최근 활발해지고 있는 추세이다. 단일벽탄소나노튜브가 각각 0.2 %, 0.5 %의 중량비로 에폭시 수지에 먼저 분산, 혼합되었다. 이 혼합액을 CFRP를 제작하는데 주로 쓰이는 방법 중 하나인 진공 수지 충전 공정법 (vacuum assisted resin transfer molding, VARTM)으로 탄소섬유 프리폼에 주입하는 방법과 습식 현장 적층법 (wet lay-up)의 두가지 다른 방법으로 복합재를 제작 하였다. 각각의 제작된 시편에 대하여, 층간전단강도 (interlaminar shear strength, ILSS)를 측정하여, 층간전단강도와 공정의 상관관계, 탄소나노튜브의 보강효과에 대하여 조사했다. 탄소나노튜브/에폭시 복합재의 경우 기계적 물성의 향상을 가져왔으나 이를 기지재로 사용한 탄소섬유복합재의 층간전단강도는 특히 VARTM 공정의 경우, 탄소나노튜브의 첨가에 따른 수지의 점도 증가로 인한 공정상의 문제로 기대만큼의 물성향상을 가져오지는 못한 것을 확인하였다.
탄소섬유 에폭시 복합재료에 다양한 두께의 니켈 박막을 첨가한 복합재료를 제작하여 층간 계면 특성을 평가하고자 한다. 상온에서 스퍼터를 이용하여 니켈 박막을 프리프레그 위에 증착하고 이를 중간층으로 하여 복합재료를 제작하였다. 니켈 박막이 첨가된 탄소섬유 에폭시 복합재료는 니켈 박막 미첨가 탄소섬유 에폭시 복합재료에 비해 층간 전단 특성이 향상되었음을 확인하였다. 층간 파괴거동 분석을 위해 주사전자현미경으로 파단면을 관찰하였으며 니켈 박막이 복합재료 내에 층간 결합력을 높여 계면 특성을 향상시키며 전단시험 시 전단에너지를 흡수하는 역할을 한다는 것을 확인하였다.
Mode II interlaminar fracture toughness was measured and fractured surfaces were observed of carbon/epoxy and glass/epoxy woven fabric composites for carbody structure. Woven fabric carbon/epoxy and glass/epoxy composites that made with prepreg and epoxy resin(RS1222) are used in carbody structure of Korean tilting train(TTX) and low floor bus. ENF(End Notched Flexure) specimens having $120mm{\times}20m{\times}5mm$ shape and 35mm initial crack were made with each composites and three point bending tests according to ASTM D790 were conducted for these specimens. Crack lengths in tests were recorded using optical microscope and digital camcorder. NL(Non Linear), 5% offset and Max. load points in load -displacement curves were checked and mode II interlaminar fracture toughness of these points were calculated and compared. Fractured surfaces of specimens were observed using optical microscope and mode II delamination behavior of each composites was discussed.
In this study, carbon fiber/epoxy (CF/EP) composites were interleaved with aramid nonwoven veils with an areal weight density of $8.5g/m^2$ to improve their Mode-I fracture toughness. The control and aramid interleaved CF/EP composite laminates were manufactured by VARTM in a [0]4 configuration. Tensile, three-point bending, compression, interlaminar shear, Charpy impact and Mode-I (DCB) fracture toughness values were determined to evaluate the effects of aramid nonwoven fabrics on the mechanical performance of the CF/EP composites. Thermomechanical behavior of the specimens was investigated by Dynamic Mechanical Analysis (DMA). The results showed that the propagation Mode-I fracture toughness values of CF/EP composites can be significantly improved (by about 72%) using aramid nonwoven fabrics. It was found that the main extrinsic toughening mechanism is aramid microfiber bridging acting behind the crack-tip. The incorporation of these nonwovens also increased interlaminar shear and Charpy impact strength by 10 and 16.5%, respectively. Moreover, it was revealed that the damping ability of the composites increased with the incorporation of aramid nonwoven fabrics in the interlaminar region of composites. On the other hand, they caused a reduction in in-plane mechanical properties due to the reduced carbon fiber volume fraction, increased thickness and void formation in the composites.
본 연구에서는 층간균열면에서의 보 두께비를 달리함에 따라 다양한 혼합 모우드 층간파괴인성을 평가할 수 있는 Fig.1과 같은 층간균열 시편에 대해 3점 굽힘하중 하중이 작용될 때의 전체어너지방출률을 전단변형을 고려한 보이론에 의해 유도하고 이를 층간균열면에서의 보 두께비에 따라 모우드I 성분과 모우드II 성분의 분리된 형태로 나타내었다. 또 한 여러가지 시편두께에 대해 전체에너지방출률을 구해 전단변형에 의한 에너지방출률이 전체에너지방출률에 미치는 영향도 조사하였다. 그리고 층간 균열면에서의 보 두께비가 0.3, 0.5, 0.6, 0.7, 그리고 0.9인 경우의 층간균열시편에 대해 실험적으로 혼합모우드 층간 파괴인성을 평가하고 혼합 모우드 변형을 받을 때의 층간파괴 거동도 조사하였다.
In the development of a propellant tank using liquid oxygen and liquid hydrogen, the improvement of microcrack resistance of carbon/epoxy composites is necessary for the application of a composite material to tank structures. In this research, two types of carbon/epoxy composites with different matrix systems were tested to measure interlaminar shear strength (ILSS), one of the material properties to evaluate fiber-matrix interface adhesion indirectly. Short beam specimens were tested inside an environmental chamber at room temperature(RT) and at cryogenic temperature( - 150 $^{\circ}C$) respectively. Results showed that the matrix system with large amount of bisphenol-A and CTBN modified rubber had good performance at cryogenic temperature.
Environmental problems caused by extensive use of polymeric materials arise mainly due to lack of landfill space and depletion of finite natural resources of fossil raw materials like petroleum or natural gas. The substitution of synthetic petroleum-based resins with natural biodegradable resins appears to be one appropriate measure to remedy the above-mentioned situation. This study presents the development of a composite that uses environmentally degradable starch-based resin as matrix and natural mineral basalt fibres as reinforcement, and investigates the fibre's and the composite's mechanical properties. The tensile strength of single basalt fibres was verified by means of single fibre tensile tests and statistically investigated by means of a Weibull analysis. Prepreg sheets were manufactured by means of a modified doctor blade system and hot power press. The sheets were used to manufacture specimens with fibre volume contents ranging from 33% to 61%. Specimens were tested for tensile strength, flexural strength and interlaminar shear strength. Composites manufactured during this study exhibited tensile and flexural strength of up to 517 MPa and 157 MPa, respectively.
An investigation was performed to study the inner damage of laminated composite plates subjected to out-of-plane load. During the investigation, inpact velocity and equivalent static load relationship was derived. Reddy's higher-order shear deformation theory(HSDT) and Hashin's failure criteria were used to determine inner stresses and damaged area. And impact testing was carried out on laminated composite plates by air gun type impact testing machine. The CFRP specimens were composed of [ .+-. 45 .deg. ]$_{4}$and [ .+-. 45 .deg. /0 .deg. /90 .deg. ]$_{2}$ stacking sequences with 0.75$^{t}$ * 26$^{w}$ * 100$^{l}$ (mm) dimension. After impact testing. As a result, a relationship holds between damaged area and impact energy, and a matrix cracking was caused by the interlaminar shear stress in the middle ply and was caused by the inplane transverse stress in the bottom ply.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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