탄소섬유강화 하이브리드 복합재료의 계면접착강도 향상을 위한 물리·화학적 처리 Physical and chemical treatment to improve interfacial adhesion strength of carbon fiber reinforced with hybrid composites원문보기
탄소섬유강화 복합재료(Carbon fiber Reinforced Plastic, CFRP)는 경량이면서 고강도, 고탄성의 뛰어난 물성을 가지고 있지만, 탄소섬유와 에폭시 수지간 약한 계면접착강도로 인하여 충격에 쉽게 파괴되는 단점을 보인다. 본 연구에서는 탄소섬유와 에폭시 수지간 계면접착강도를 향상시키기 위하여 탄소섬유 직물에 고강도·초경량 소재인 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT)를 하이브리드하여 초음파를 조사한 시료를 제작하였다. 또한 탄소섬유 직물에 ...
탄소섬유강화 복합재료(Carbon fiber Reinforced Plastic, CFRP)는 경량이면서 고강도, 고탄성의 뛰어난 물성을 가지고 있지만, 탄소섬유와 에폭시 수지간 약한 계면접착강도로 인하여 충격에 쉽게 파괴되는 단점을 보인다. 본 연구에서는 탄소섬유와 에폭시 수지간 계면접착강도를 향상시키기 위하여 탄소섬유 직물에 고강도·초경량 소재인 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT)를 하이브리드하여 초음파를 조사한 시료를 제작하였다. 또한 탄소섬유 직물에 실란 커플링제를 처리한 탄소섬유 부직포를 하이브리드한 복합재료를 제작하여 섬유와 매트릭스간 계면접착강도 향상 여부를 고찰하였다. 그리고 탄소섬유 부직포의 하이브리드 효과를 판단하기 위하여 탄소섬유 직물만을 강화재로 한 CFRP를 제작하여 물성을 비교하였고, 시료들의 계면접착강도를 측정하기 위하여 충격특성과 굴곡특성을 시험하였으며 SEM 관찰을 통하여 섬유와 매트릭스간 계면접착을 분석하였다. 탄소섬유 직물과 CNT를 하이브리드한 복합재료에 초음파를 조사한 결과, 복합재료의 내부는 충격시험 후에도 탄소섬유와 매트릭스간 계면박리가 일어나지 않고 콤팩트한 내부구조를 보였으며, 충격시험 결과 초음파를 조사하지 않은 시편에 비해 15% 향상된 충격강도를 나타내었다. 이는 초음파 조사가 매트릭스를 진동시켜 점도를 낮춰주는 작용을 했으며, 또한 캐비테이션(cavitation) 현상을 일으켜 매트릭스가 탄소섬유 필라멘트 내부로 잘 침투할 수 있는 에너지를 부여했기 때문으로 생각된다. 탄소섬유와 실란커플링제를 처리한 탄소섬유 부직포를 하이브리드한 복합재료는 커플링제를 처리하지 않은 시편보다 더 높은 충격강도와 굴곡강도를 나타내었으며, SEM 관찰결과 커플링제가 탄소섬유 부직포와 매트릭스간 계면고리 역할을 하여 복합재료의 계면접착강도가 향상되었음을 확인할 수 있었다. 또한 탄소섬유 부직포 하이브리드가 CFRP의 약점인 내충격성을 보완하고 경량성을 부여할 수 있는 효과적인 방법임을 확인할 수 있었다.
탄소섬유강화 복합재료(Carbon fiber Reinforced Plastic, CFRP)는 경량이면서 고강도, 고탄성의 뛰어난 물성을 가지고 있지만, 탄소섬유와 에폭시 수지간 약한 계면접착강도로 인하여 충격에 쉽게 파괴되는 단점을 보인다. 본 연구에서는 탄소섬유와 에폭시 수지간 계면접착강도를 향상시키기 위하여 탄소섬유 직물에 고강도·초경량 소재인 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT)를 하이브리드하여 초음파를 조사한 시료를 제작하였다. 또한 탄소섬유 직물에 실란 커플링제를 처리한 탄소섬유 부직포를 하이브리드한 복합재료를 제작하여 섬유와 매트릭스간 계면접착강도 향상 여부를 고찰하였다. 그리고 탄소섬유 부직포의 하이브리드 효과를 판단하기 위하여 탄소섬유 직물만을 강화재로 한 CFRP를 제작하여 물성을 비교하였고, 시료들의 계면접착강도를 측정하기 위하여 충격특성과 굴곡특성을 시험하였으며 SEM 관찰을 통하여 섬유와 매트릭스간 계면접착을 분석하였다. 탄소섬유 직물과 CNT를 하이브리드한 복합재료에 초음파를 조사한 결과, 복합재료의 내부는 충격시험 후에도 탄소섬유와 매트릭스간 계면박리가 일어나지 않고 콤팩트한 내부구조를 보였으며, 충격시험 결과 초음파를 조사하지 않은 시편에 비해 15% 향상된 충격강도를 나타내었다. 이는 초음파 조사가 매트릭스를 진동시켜 점도를 낮춰주는 작용을 했으며, 또한 캐비테이션(cavitation) 현상을 일으켜 매트릭스가 탄소섬유 필라멘트 내부로 잘 침투할 수 있는 에너지를 부여했기 때문으로 생각된다. 탄소섬유와 실란커플링제를 처리한 탄소섬유 부직포를 하이브리드한 복합재료는 커플링제를 처리하지 않은 시편보다 더 높은 충격강도와 굴곡강도를 나타내었으며, SEM 관찰결과 커플링제가 탄소섬유 부직포와 매트릭스간 계면고리 역할을 하여 복합재료의 계면접착강도가 향상되었음을 확인할 수 있었다. 또한 탄소섬유 부직포 하이브리드가 CFRP의 약점인 내충격성을 보완하고 경량성을 부여할 수 있는 효과적인 방법임을 확인할 수 있었다.
The purpose of this study is to improve interfacial adhesion strength of carbon fiber reinforced with hybrid composites by physical and chemical treatment. Ultrasonic irradiation and silane coupling agent were used as physical and chemical treatment relatively. The morphologies of fracture-secti...
The purpose of this study is to improve interfacial adhesion strength of carbon fiber reinforced with hybrid composites by physical and chemical treatment. Ultrasonic irradiation and silane coupling agent were used as physical and chemical treatment relatively. The morphologies of fracture-section and surface of carbon fiber fabric/CNT reinforced hybrid composites were observed by SEM. The morphologies of specimens treated with ultrasonic showed rougher and more compact surfaces than those of untreated specimens. The specimens treated with ultrasonic showed higher impact strength compared with untreated specimens. This result showed ultrasonic irradiation is one of the effective method to improve interfacial adhesion strength between carbon fiber and matrix. In the carbon fabric/carbon non-woven fabric reinforced with hybrid composites, silane coupling agent was treated to carbon non-woven fabric. The effect of silane coupling agent was obviously shown by SEM, because non-woven fabric type has large surface area which can bond with coupling agent compared with fabric type. The specimens treated with silane coupling agent showed higher impact strength and flexural strength compared with untreated specimens. However, tensile strength was not affected by coupling agent treatment and also there was no correlation between interfacial adhesion and tensile property. Hybrid with carbon non-woven fabric was founded as a good method to improve impact strength of CFRP products through impact test. This method is expected to increase fuel efficiency in various transportation industries and energy generation efficiency in wind power industry.
The purpose of this study is to improve interfacial adhesion strength of carbon fiber reinforced with hybrid composites by physical and chemical treatment. Ultrasonic irradiation and silane coupling agent were used as physical and chemical treatment relatively. The morphologies of fracture-section and surface of carbon fiber fabric/CNT reinforced hybrid composites were observed by SEM. The morphologies of specimens treated with ultrasonic showed rougher and more compact surfaces than those of untreated specimens. The specimens treated with ultrasonic showed higher impact strength compared with untreated specimens. This result showed ultrasonic irradiation is one of the effective method to improve interfacial adhesion strength between carbon fiber and matrix. In the carbon fabric/carbon non-woven fabric reinforced with hybrid composites, silane coupling agent was treated to carbon non-woven fabric. The effect of silane coupling agent was obviously shown by SEM, because non-woven fabric type has large surface area which can bond with coupling agent compared with fabric type. The specimens treated with silane coupling agent showed higher impact strength and flexural strength compared with untreated specimens. However, tensile strength was not affected by coupling agent treatment and also there was no correlation between interfacial adhesion and tensile property. Hybrid with carbon non-woven fabric was founded as a good method to improve impact strength of CFRP products through impact test. This method is expected to increase fuel efficiency in various transportation industries and energy generation efficiency in wind power industry.
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