초창기의 섬유강화 복합재료는 주로 여가활동에 활용하기 위한 목적으로 만들어졌으나 시간이 흐름에 따라 관련 기술이 점차 발전하고, 유리섬유, 카본섬유, 아라미드섬유 등의 섬유가 갖는 역학적 장점들과 경량성, 고내구성 등의 특징들로 인하여 우주, 항공, 국방분야에서도 널리 사용하게 되었다. 강화재로 쓰이는 섬유들 중에서 현무암을 그대로 ...
초창기의 섬유강화 복합재료는 주로 여가활동에 활용하기 위한 목적으로 만들어졌으나 시간이 흐름에 따라 관련 기술이 점차 발전하고, 유리섬유, 카본섬유, 아라미드섬유 등의 섬유가 갖는 역학적 장점들과 경량성, 고내구성 등의 특징들로 인하여 우주, 항공, 국방분야에서도 널리 사용하게 되었다. 강화재로 쓰이는 섬유들 중에서 현무암을 그대로 섬유화 시킨 바살트섬유는 유리섬유보다 기계적 강도와 화학적 특성이 우수하여 이를 대체할 소재로 떠오르고 있다. 현재 국내에서는 강원도 철원 등지의 현무암을 활용하기 위한 연구들이 진행되고 있으나, 바살트섬유에 대한 기술 개발이 미미하며 아직까지 적용제품이 소개되지 않고 있다. 또한 현재 바살트/카본/에폭시 하이브리드 복합재료에 기계적 특성에 관한 연구는 진행되어 있지 않으며, 특히 바살트/카본/에폭시 하이브리드 복합재료의 파괴 특성에 대한 연구는 현재까지 보고된 바가 없다.
이에 본 연구에서는 바살트섬유를 산업 전반에 활용하기 위한 기초적 연구의 일환으로, 복합재료의 가격을 낮출 수 있는 방법인 하이브리드화를 적용하여 바살트/카본/에폭시 하이브리드 복합재료를 제작하고 섬유의 적층순서가 하이브리드 복합재료의 굽힘특성과 파괴특성에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 이를 위해 섬유의 적층순서를 달리하여 복합재료를 제작하고, 3점 굽힘시험과 Mode I 층간파괴인성시험을 실시였다. 또한, 유한요소해석 기법을 이용하여 섬유의 적층순서가 하이브리드 복합재료의 굽힘특성과 파괴특성에 미치는 영향을 확인하였다.
본 연구를 통해 섬유의 적층순서는 하이브리드 복합재료의 굽힘특성에 영향을 미치며, 균열의 발생 부위에 따라 지배되는 파괴 기구가 다르다는 것을 규명하였다.
초창기의 섬유강화 복합재료는 주로 여가활동에 활용하기 위한 목적으로 만들어졌으나 시간이 흐름에 따라 관련 기술이 점차 발전하고, 유리섬유, 카본섬유, 아라미드섬유 등의 섬유가 갖는 역학적 장점들과 경량성, 고내구성 등의 특징들로 인하여 우주, 항공, 국방분야에서도 널리 사용하게 되었다. 강화재로 쓰이는 섬유들 중에서 현무암을 그대로 섬유화 시킨 바살트섬유는 유리섬유보다 기계적 강도와 화학적 특성이 우수하여 이를 대체할 소재로 떠오르고 있다. 현재 국내에서는 강원도 철원 등지의 현무암을 활용하기 위한 연구들이 진행되고 있으나, 바살트섬유에 대한 기술 개발이 미미하며 아직까지 적용제품이 소개되지 않고 있다. 또한 현재 바살트/카본/에폭시 하이브리드 복합재료에 기계적 특성에 관한 연구는 진행되어 있지 않으며, 특히 바살트/카본/에폭시 하이브리드 복합재료의 파괴 특성에 대한 연구는 현재까지 보고된 바가 없다.
이에 본 연구에서는 바살트섬유를 산업 전반에 활용하기 위한 기초적 연구의 일환으로, 복합재료의 가격을 낮출 수 있는 방법인 하이브리드화를 적용하여 바살트/카본/에폭시 하이브리드 복합재료를 제작하고 섬유의 적층순서가 하이브리드 복합재료의 굽힘특성과 파괴특성에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 이를 위해 섬유의 적층순서를 달리하여 복합재료를 제작하고, 3점 굽힘시험과 Mode I 층간파괴인성시험을 실시였다. 또한, 유한요소해석 기법을 이용하여 섬유의 적층순서가 하이브리드 복합재료의 굽힘특성과 파괴특성에 미치는 영향을 확인하였다.
본 연구를 통해 섬유의 적층순서는 하이브리드 복합재료의 굽힘특성에 영향을 미치며, 균열의 발생 부위에 따라 지배되는 파괴 기구가 다르다는 것을 규명하였다.
In this study, the effect of stacking sequence on the flexural and fracture properties of carbon/basalt/epoxy hybrid composites was investigated. Two types of carbon/basalt/epoxy hybrid composites with a sandwich form were fabricated: basalt skin-carbon core (BSCC) composites and carbon skin-basalt ...
In this study, the effect of stacking sequence on the flexural and fracture properties of carbon/basalt/epoxy hybrid composites was investigated. Two types of carbon/basalt/epoxy hybrid composites with a sandwich form were fabricated: basalt skin-carbon core (BSCC) composites and carbon skin-basalt core (CSBC) composites. Flexural tests, and fracture tests were conducted and the fracture surfaces of the carbon/basalt/epoxy hybrid composites were then examined using filed emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Moreover finite element method (FEM) results were compared with the experimental result of flexural tests and fracture tests. The experimental results showed that the flexural strength and flexural modulus of the CSBC specimen respectively were ~32% and ~245% greater than those of the BSCC specimen. However, the interlaminar fracture toughness of the CSBC specimen was ~10% smaller than that of the BSCC specimen. FE-SEM results on the fracture surface showed that matrix cracking is a dominant fracture mechanism for the CSBC specimen while interfacial debonding between fibers and epoxy resin is a dominant fracture process for the BSCC specimen. FEM results of flexural analysis validate the experimental results. However FEM results of fracture analyses differ from the experimental results. Because cohesive zone model is considered only for traction and separation.
In this study, the effect of stacking sequence on the flexural and fracture properties of carbon/basalt/epoxy hybrid composites was investigated. Two types of carbon/basalt/epoxy hybrid composites with a sandwich form were fabricated: basalt skin-carbon core (BSCC) composites and carbon skin-basalt core (CSBC) composites. Flexural tests, and fracture tests were conducted and the fracture surfaces of the carbon/basalt/epoxy hybrid composites were then examined using filed emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Moreover finite element method (FEM) results were compared with the experimental result of flexural tests and fracture tests. The experimental results showed that the flexural strength and flexural modulus of the CSBC specimen respectively were ~32% and ~245% greater than those of the BSCC specimen. However, the interlaminar fracture toughness of the CSBC specimen was ~10% smaller than that of the BSCC specimen. FE-SEM results on the fracture surface showed that matrix cracking is a dominant fracture mechanism for the CSBC specimen while interfacial debonding between fibers and epoxy resin is a dominant fracture process for the BSCC specimen. FEM results of flexural analysis validate the experimental results. However FEM results of fracture analyses differ from the experimental results. Because cohesive zone model is considered only for traction and separation.
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