The effects of fiber orientation on acoustic emission(AE) characteristics have been studied for various composite laminates. Reflection and transmission optical microscopy were used to investigate the damage zone of specimens. AE signals were classified through short time Fourier transform(STFT) as different types: AE signals with a high intensity and high frequency band were due to fiber fracture, while weak AE signals with a low frequency band were due to matrix cracking and/or interfacial cracking. Characteristic feature in the rate of hit-events having high amplitudes showed a procedure of fiber breakages, which expressed the characteristic fracture processes of notched fiber-reinforced plastics with different fiber orientations. As a consequence, the behavior of fracture in the continuous composite laminates could be monitored through nondestructive evaluation(NDE) using the AE technique.
다양한 산업군에서 복합재료를 적용한 제품개발을 진행하고 있는 상황이며, 재활용이 가능한 장점으로 인해 열가소성 복합재료에 대한 개발이 활발하다. 장섬유 강화 열가소성 플라스틱(Long fiber thermoplastic, LFT)의 형태도 있지만, 연속섬유를 이용한 열가소성 복합재료(Continuous fiber thermoplastic, CFT)에 대한 활용도 증가하고 있다. 본 연구에서는 CFT를 제작할 때 사용되는 강화섬유의 제직 패턴에 따른 영향으로 CFT의 인장, 굴곡, 충격 강도의 변화를 확인하고자 하였다. 복합재료의 물성이 강화섬유의 제직 패턴에 의해 달라지는 원인을 기계적인 물성으로도 평가하였고, CT 촬영기법을 이용하여 내부 기공발생과 섬유 제직패턴과의 상관관계를 분석하였다. CFT의 경우 열가소성 필름이 섬유 로빙 내로 함침되는 수준이 낮기 때문에, 공극의 발생률이 높은 문제가 있다. 섬유 로빙과 로빙사이의 계면이 $100{\mu}m$ 수준으로 조밀하게 형성될 수 있는 평직 섬유 패턴이 CFT의 성형성 및 기계적 물성을 안정화시키는 강화섬유의 조직임을 검증하였다.
3D 프린팅 기술은 금형이 없이 다양한 형태의 제품을 만들기 쉬운 장점이 있지만, 기존 보편화된 성형법에 비해 기계적 물성이 낮고, 소재 및 제작 조건 등에 따라 기계적 물성이 크게 달라지는 문제가 있다. 한편, 높은 물성을 구현하기 위해서는 제조비용이 높아지는 문제가 있어, 이에 대한 연구 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 단섬유 탄소섬유 보강 나일론 필라멘트를 이용하여 3D 프린팅 열가소성 구조물을 제작하였다. 또한 인발 성형된 연속섬유 형태의 탄소섬유 혹은 유리섬유 강화 열경화성 복합재를 이용해 외측면을 보강하여 기계적 물성 향상 방법을 제시하였다. 보강재의 보강 위치와 섬유의 종류에 따른 굽힘물성 향상을 확인하였다.
絲(bundle)와 구성섬유(fiber)간의 인장물성 관계를 규명하기 위한 연구는 오래전부터 계속되어 왔다[1-4]. 그러나, 과거의 연구들은 주로 면사와 같은 단섬유(short staple)를 중심으로 이루어졌으며, 합성섬유와 같은 장섬유(continuous filament)의 경우 불균제가 작다는 이유로 스테이플에 비해 소홀시 되어왔다. 조사에 의하면 합성섬유도 생산국 및 제조사에 따른 絲의 인장물성은 큰 차이를 나타내므로[5], 필라멘트의 인장물성에 대한 연구의 중요성도 간과할 수 없다. (중략)
본 연구에서는 액상가압성형 공정을 이용하여 SiC 연속섬유가 강화된 마그네슘 복합재료의 제조 가능성을 검토하였다. 액상가압성형 공정을 이용하여 SiC 섬유가 균일 분산된 AZ91 복합재료를 제조하였으며 열처리를 통하여 석출상을 제어하였다. SiC 섬유와 기지합금의 계면에 연속적인 Mg2Si상이 형성되면서 계면 결합력이 향상되었고, 제조된 복합재료의 상온 인장강도는 479 MPa로 우수한 기계적 특성을 나타내었다.
Zr-based amorphous alloy matrix composites reinforced with tantalum continuous fibers were fabricated by the liquid pressing process, and their anisotropic mechanical properties were investigated by tensile and compressive tests of $0^{\circ}$(longitudinal)-, $45^{\circ}$-, and $90^{\circ}$(transverse)-orientation specimens. About 60 vol.% of tantalum fibers were homogeneously distributed inside the amorphous matrix, which contained a small amount of polygonal crystalline particles. The ductility of the tantalum-continuous-fiber-reinforced composite under tensile or compressive loading was dramatically improved over that of the monolithic amorphous alloy, while maintaining high strength. When the fiber direction was not matched with the loading direction, the reduction of the strength and ductility was not serious because of excellent fiber/matrix interfacial strength. Observation of the anisotropic deformation and fracture behavior showed the formation of multiple shear bands, the obstruction of crack propagation by fibers, and the deformation of fibers themselves, thereby resulting in tensile elongation of 3%~4% and compressive elongation of 15%~30%. These results suggest that the liquid pressing process was useful for the development of amorphous matrix composites with excellent ductility and anisotropic mechanical properties.
Carrillo-Escalante, H.J.;Alvarez-Castillo, A.;Valadez-Gonzalez, A.;Herrera-Franco, P. J.
Carbon letters
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제19권
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pp.47-56
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2016
In this study, the fracture behavior of a thermoplastic-modified epoxy resin reinforced with continuous carbon fibers for two levels of fiber-matrix adhesion was performed. A carbon fiber with commercial sizing was used and also treated with a known silane, (3-glycidoxy propyl trimethoxysilane) coupling agent. Toughness was determined using the double cantilever test, together with surface analysis after failure using scanning electron microscope. The presence of polysulfone particles improved the fracture behavior of the composite, but fiber-matrix adhesion seemed to play a very important role in the performance of the composite material. There appeared to be a synergy between the matrix modifier and the fiber-matrix adhesion coupling agent.
In this research, fiber-optic pressure sensors were fabricated with rugate-structured porous silicon (RPS) diaphragms coated with PMMA (Polymethyl-Methacrylate). The reflectance spectrum of the PMMA/RPS diaphragm was almost the same as that of uncoated RPS diaphragm. However the mechanical strength of the PMMA/RPS diaphragm increased more than that of the uncoated diaphragm. As a result, the fiber-optic sensor fabricated with PMMA/RPS diaphragm could successfully detect more high pressure difference without diaphragm damage than the highest detectable pressure difference of the sensor with normal RPS diaphragm. The response data of the fiber-optic sensor recorded as a function of pressure difference were fitted by theoretical curves. During this process, elastic moduli of the used PMMA/RPS diaphragms were obtained numerically. The dynamic response properties of the fiber-optic sensor were also investigated under continuous variation of the pressure difference conditions.
Friction and Wear behavior of continuous graphite fiber composites was studied for different fiber orientations against the sliding direction. The effect of fiber orientation on friction and wear of the composite and on the deformation of the counterface was investigated experimentally. Pin on disk type testing machine was built and employed to generate the friction and wear data. A graphite fiber composite plate was produced by the bleeder ply molding in an autoclave and machined into rectangular pin specimens with specific fiber orientations, i.e., normal, transverse, and longitudinal directions. Three different wear conditions were employed for two different periods of time, 24 and 48 hours. The wear track of the worn specimens and the metal counterface was examined with a scanning electron microscope (SEM) to observe the damaged fibers on the surface and wear film generation on the counterface. Wear mechanism of the composite during sliding wear is proposed based on the experimental results.
Metal fibers of Al and stainless steel were fabricated by the PDME method and the Taylor process. Tensile strength of metal fiber produced by both the PDME method and the Taylor process was much higher than that of conventionally solidified materials. Utilizing the PDME method, Al fiber with $100\;{\mu}m$ was fabricated under Ar gas atmosphere, and stainless steel fiber with $50\;{\mu}m$ was fabricated under 0.06 Torr vacuum. Continuous fiber of stainless steel was made by the Taylor process and the surface of this fiber was smother than that fabricated by the PDME method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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