This paper deals with the experimental study on the hygrothermal ageing effect to the strength of Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) materials for marine leisure boat manufactured by vacuum assisted resin infusion method. The experiments performed consist of tensile, flexural and shear tests according to American Society for Testing and Materials (ASTM) and Korean Industrial Standards (KS) test methods. Test coupons are varied from uni-directional(UD, $0^{\circ}$, $90^{\circ}$), Bi-Directional (BD), and Double-Bias (DB) carbon fiber fabrics in conjunction with epoxy resin. The results of tensile test show that tensile strength reduces significantly while not the same degree of reduction is observed for elasticity modulus with respect to the existence of hygrothermal ageing effect. This implies that the tensile strain induced from external load holds steady values but ultimate strength values change widely under hygrothermal ageing effect. In case of the flexural test, $0^{\circ}$ UD shows more strength reduction than $90^{\circ}$ UD while BD has reduced values in both flexural strength and elasticity modulus under hygrothermal ageing effect. It is learned that the bending strain induced from external load and ultimate strength values are reduced with respect to hygrothermal ageing effect. Shear test performed only on DB materials, and the results show marginal reduction in ultimate strength and moderate reduction in elasticity modulus. This means that the shear strain varies more than ultimate shear strength with respect to hygrothermal ageing effect. The experiment conducted in this paper clearly demonstrates the differences in material properties of the CFRP for the consideration of hygrothermal ageing effect. Findings obtained from this experimental study can serve as a fundamental input data for the realistic structural responses of marine leisure boat built in CFRP materials.
The anticorrosive performance of epoxy coating was examined by using the hygrothermal cyclic test and the degradation mechanism of the coating was investigated by using the AC impedance method. The relationship between the results obtained from different tests was studied. It was revealed that the hygrothermal cyclic test can be used as an effective acceleration test for the degradation of organic coating. It was also found in hygrothermal cyclic test that the epoxy coatings have the resistance to stresses at some extent. The degradation of organic coating seems to be caused by the decrease of resistance of coating and the increase of both capacitance and free volume in the organic coating.
Epoxy coatings cured by different amine based curing agents have been prepared. Atomic force microscopy (AFM) has been used to monitor the surface topology changes of epoxy coatings before and after hygrothermal cyclic test. The glass transition temperature ($T_g$) and coefficient of thermal expansion (CTE) of the epoxy coating were measured by Thermo-mechanical Analysis (TMA). The Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) with hygrothermal cyclic test has been introduced to evaluate the corrosion protection of the epoxy coatings. In conclusion, thermal properties of epoxy coatings were in good agreement with the results of corrosion protection of epoxy coated carbon steel obtained result by EIS with hygrothermal cyclic test. The relationship between thermal properties, surface roughness changes and corrosion protection of epoxy coatings are discussed in this study.
This study is to investigate experimentally relationships between the impact energy and moisture absorption characteristies vs.the residual bending strength with the variation of stacking seqences. When Carbon-fiber reinforced plastics(CFRP) impact-induced laminates are subjected to the high temperatures and hygrothermal effects, it is found that what CFRP laminates are impacted by a steel ball (5 mm in diametar) ; thus, the generated delamination is observed by the ultrasonic microscope. And the residual bending strength is evaluated by a three-point bending test. Also, a thermostat is used in test with the unimpacted and impacted specimens for the moisture experimentaiton. The percision electro lever scles is used to measure the moisture content(1/10, 000g).
본 연구에서는 열습환경에 노출된 탄소섬유/에폭시 복합재의 핀 체결부에 대해 핀 하중시험을 수행하고 수집된 음향방출신호를 분석하여 열습환경이 복합재 핀 체결부의 파괴거동에 미치는 영향을 조사하였다. 이때 시편은 환경조건에 노출되기 전의 시편(Base), 상온침수환경에 노출된 시편(RT), 고온침수 환경에 노출된 시편(HT)으로 구분하였다. 연구결과에 의하면 RT 시편과 HT 시편의 베어링 강도는 Base 시편에 비해 각각 2.2%와 13% 감소하였다. 음향방출신호의 경우 시편 종류에 따라 파손이 가속화되는 시점이 달라짐을 나타내었으며 RT 시편과 HT 시편은 Base 시편에 비해 모재균열에 의한 이벤트가 감소하는 경향이 나타났다. 이로 미루어 판단하면 열습환경은 복합재 핀 체결부의 음향방출신호뿐 아니라 계면특성의 저하도 초래함을 알 수 있었다.
Epoxy coatings were prepared to give a different corrosion protection by reacting it with two different kinds of curing agent, and then effects of the curing agents on the structure, surface hydrophobic tendency, water transport behavior and hence corrosion protection of epoxy coatings were examined using hygrothermal cyclic test, and impedance analysis. In the results of EIS, the corrosion protection of epoxy coating cured by polyamide shows better than epoxy coating cured by polyamide epoxy adduct. It was well agreed with its water transport behavior and hydrophobic tendency.
본 연구에서는 핀 하중 시험을 통해 열습환경이 탄소섬유/에폭시 복합재료에 미치는 영향을 조사하고 음향방출법을 적용하여 핀 체결부의 파손거동을 분석하였다. 열습환경이 적용된 핀 체결부 시편은 base (침수전), RT (상온침수), HT ($75^{\circ}C$침수)의 세 가지의 조건으로 구분하였다. 결과에 의하면 RT의 경우 base에 비해 베어링강도의 저하정도가 적지만 수분과 온도가 동시에 적용된 열습환경에 노출된 HT의 경우 베어링강도의 저하정도가 크게 나타났다. 또한 음향방출법을 적용하여 누적히트수를 분석한 결과에 따르면 열습을 고려한 경우가 base에 비해 모재균열에 의한 이벤트가 감소하는 경향이 나타났다.
본 연구에서는 항공기용 레이돔에 적용되는 복합재의 볼트 체결부 강도에 대한 온도 및 습도 환경의 영향을 연구하였으며 열습환경에 노출된 레이돔 체결부에 대해 수분흡수율을 구하고, 온도와 습도환경에 따른 체결부 강도의 물성변화를 확인하였다. 이때 시편은 환경조건을 고려하여 상온건조(RTD), 고온고습(EWT), 저온건조(CTD) 세 가지로 구분하였으며 볼트 체결부의 파손하중 및 파손모드를 결정하기 위한 실험과 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석의 결과가 체결부 강도와 파손모드에서 실험결과와 잘 일치하였으며 체결부 파손강도 예측이 가능한 효과적인 방법으로 확인하였다.
The corrosion resistance of epoxy-coated carbon steel was evaluated. The carbon steel surface was subjected to different treatment methods such as steel grit blasting with different size, steel shot ball blasting and power tool treatment. To study the effect of the treatments, the topology of the treated surface was observed by optical 3D microscopy and a pull-off adhesion test was conducted. The corrosion resistance of the epoxy-coated carbon steel was further examined by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) combined with hygrothermal cyclic testing. The results of EIS indicated that the epoxy-coated carbon steel treated with steel grit blasting showed an improved corrosion resistance compared to untreated epoxy-coated surfaces or surfaces subjected to shot ball blasting and power tool treatments.
본 연구에서는 최대 12개월 동안 염수침수시험을 수행하여 염수환경의 열습조건이 복합재의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 복합재 시편은 직물 형태의 탄소섬유와 에폭시로 구성된 프리프레그를 적층하여 제작하였으며, 노출온도 $35^{\circ}C$, $55^{\circ}C$, $75^{\circ}C$가 적용된 염수환경에 완전 침수시키는 조건을 적용하였다. 연구결과에 따르면 복합재의 인장강성과 인장강도는 노출온도와 노출시간이 증가할수록 노출전에 비해 감소 정도가 크지 않았지만 이에 비해 압축강성과 압축강도는 감소 정도가 크게 나타났다. 특히 압축강도는 노출온도가 증가할수록 염수침투가 가속화되어 감소 정도가 크게 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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