각 산업 분야에서 복합재의 활용도가 많아지면서 그에 따른 복합재 제조 공정 역시 발전 하고 있다. 최근에는 열가소성 수지계열의 기지를 사용한 연구가 활발해지는 추세이나 아직까지는 열경화성 수지를 사용한 복합재료가 제품의 주류를 이루고 있다. 오토클레이브 성형법은 프리프레그(Prepreg) 여러 겹을 원하는 형상의 ...
각 산업 분야에서 복합재의 활용도가 많아지면서 그에 따른 복합재 제조 공정 역시 발전 하고 있다. 최근에는 열가소성 수지계열의 기지를 사용한 연구가 활발해지는 추세이나 아직까지는 열경화성 수지를 사용한 복합재료가 제품의 주류를 이루고 있다. 오토클레이브 성형법은 프리프레그(Prepreg) 여러 겹을 원하는 형상의 몰드에 적층하여, 진공백(Vaccum bag)으로 제품 표면을 포장하고 오토클레이브에 넣어 진공백 외부에서는 기체의 압력을, 내부에서는 펌프에 의해 진공 상태를 유지시켜 제품 내부에 있는 수지의 휘발 성분을 제거 하는 열경화성 수지 복합재의 대표적인 공정이다. 프리프레그 각 층간의 틈이 없어짐으로 인해 접합을 완전하게 할 수 있어 기계적 성질이 우수하고 가해지는 압력이 크지 않아 금형 제작이 간단하여 복잡한 형상의 제조에 용이하다. 그러나 복합재 산업 시장의 확대와 구조물의 적용 부위가 많아지고 생산률의 증가가 요구 되면서 오토클레이브를 이용하여 대형 구조물을 제작할 경우 생산설비를 위한 막대한 예산 투자와 대형 압력용기의 고압 유지를 위한 질소 충전비용, 압력용기의 크기 제한, 에너지 비효율성 등 많은 문제점들이 발생된다. 이러한 문제 점들을 해결하기 위하여 진공성형(VBO; Vacuum Bag Only)에 기반을 둔 OOA(Out of Autoclave) 공정이 등장하였다. 오토클레이브를 이용하지 않는 진공성형 공정으로 생산성이 높고 대형 구조물 제작이 가능함과 동시에 생산 비용이 오토클레이브 공정에 비하여 낮다는 장점이 있다. 특히 오토클레이브 공정을 통한 샌드위치 패널(Sandwich Panel) 제작 과정에서 발생하는 심재(Core)의 파손 위험성이 낮고 샌드위치 패널 제작 공정 단계를 줄일 수 있다. 널리 보급되어 있는 RTM 공정이나, VARTM(Vacuum Assisted RTM) 공정이 포함되어는 있으나 재료의 물성치는 프리프레그(Prepreg)를 사용하는 오토클레이브 공정 수준에 미치지 못하여 선진 해외 기업 및 연구소에서는 대형 복합재 구조물을 제작하기 위한 OOA 공정 기술 개발을 활발히 진행 중에 있다. 그러나 국내의 경우 이러한 제조 공정 기술이 거의 전무한 실정이며 핵심기술을 보유한 해외로부터의 기술 이전은 현실적으로 불가능하다. 따라서 복합재 관련 기술의 선진화와 국산화를 위해서는 산업용 복합재 구조물에 대한 설계, 해석 및 시험 기술과 더불어 OOA공정에 대한 원천 기술확보가 시급하다. OOA 공정용 오븐 경화용 일방향 프리프레그를 이용한 복합재 평판을 제작하여, 단축 인장/전단 시험을 통해 복합재 재료 물성치를 확인하였다. 이를 토대로 민항기 윙팁 어세스 패널(Wing Tip Access Panel)을 기준으로, 면재의 적층 순서 및 심재의 형상을 변경하면서 구조해석을 통한 적정성 검토를 수행 하였고, 최적화 된 샌드위치 패널의 실제 하중 거동을 확인하기 위해 압축시험용 치공구를 설계/제작 하여 압축시험을 진행 하였으며, 자체 규격을 통한 샌드위치 패널의 파손하중을 측정 하였다.
제 1장에서는 연구의 배경, 목적 및 범위를 설명하였다. 제 2장에서는 OOA공정을 이용한 복합재 평판을 제작하고 인장, 전단, 베어링 물성 시험을 수행하여 샌드위치 패널에 사용될 프리프레그 복합재의 물성치를 확보하였다. 이를 바탕으로 제 3장에서 샌드위치 패널 제작을 위한 초기설계 및 샌드위치 구조의 일반적 파손모드에 대하여 검토 하여 유한요소 해석 수행으로 최적화된 샌드위치 패널 형상을 제시 하였다. 제 4장에서는 이렇게 설계된 샌드위치 패널을 제작하고, 실제 시험을 위한 치공구를 제작하여 압축강도 시험을 진행 하였다. 마지막으로 제 5장에서 본 연구에 대한 결론으로 OOA공정을 이용한 프리프레그 복합재의 성능을 확인하여 유한요소 해석을 통한 압축강도 결과와 실제 압축강도에 대해 차이를 검토하고 그 원인에 대하여 샌드위치 패널의 일반적 파손모드를 이용하여 분석 하였다.
각 산업 분야에서 복합재의 활용도가 많아지면서 그에 따른 복합재 제조 공정 역시 발전 하고 있다. 최근에는 열가소성 수지계열의 기지를 사용한 연구가 활발해지는 추세이나 아직까지는 열경화성 수지를 사용한 복합재료가 제품의 주류를 이루고 있다. 오토클레이브 성형법은 프리프레그(Prepreg) 여러 겹을 원하는 형상의 몰드에 적층하여, 진공백(Vaccum bag)으로 제품 표면을 포장하고 오토클레이브에 넣어 진공백 외부에서는 기체의 압력을, 내부에서는 펌프에 의해 진공 상태를 유지시켜 제품 내부에 있는 수지의 휘발 성분을 제거 하는 열경화성 수지 복합재의 대표적인 공정이다. 프리프레그 각 층간의 틈이 없어짐으로 인해 접합을 완전하게 할 수 있어 기계적 성질이 우수하고 가해지는 압력이 크지 않아 금형 제작이 간단하여 복잡한 형상의 제조에 용이하다. 그러나 복합재 산업 시장의 확대와 구조물의 적용 부위가 많아지고 생산률의 증가가 요구 되면서 오토클레이브를 이용하여 대형 구조물을 제작할 경우 생산설비를 위한 막대한 예산 투자와 대형 압력용기의 고압 유지를 위한 질소 충전비용, 압력용기의 크기 제한, 에너지 비효율성 등 많은 문제점들이 발생된다. 이러한 문제 점들을 해결하기 위하여 진공성형(VBO; Vacuum Bag Only)에 기반을 둔 OOA(Out of Autoclave) 공정이 등장하였다. 오토클레이브를 이용하지 않는 진공성형 공정으로 생산성이 높고 대형 구조물 제작이 가능함과 동시에 생산 비용이 오토클레이브 공정에 비하여 낮다는 장점이 있다. 특히 오토클레이브 공정을 통한 샌드위치 패널(Sandwich Panel) 제작 과정에서 발생하는 심재(Core)의 파손 위험성이 낮고 샌드위치 패널 제작 공정 단계를 줄일 수 있다. 널리 보급되어 있는 RTM 공정이나, VARTM(Vacuum Assisted RTM) 공정이 포함되어는 있으나 재료의 물성치는 프리프레그(Prepreg)를 사용하는 오토클레이브 공정 수준에 미치지 못하여 선진 해외 기업 및 연구소에서는 대형 복합재 구조물을 제작하기 위한 OOA 공정 기술 개발을 활발히 진행 중에 있다. 그러나 국내의 경우 이러한 제조 공정 기술이 거의 전무한 실정이며 핵심기술을 보유한 해외로부터의 기술 이전은 현실적으로 불가능하다. 따라서 복합재 관련 기술의 선진화와 국산화를 위해서는 산업용 복합재 구조물에 대한 설계, 해석 및 시험 기술과 더불어 OOA공정에 대한 원천 기술확보가 시급하다. OOA 공정용 오븐 경화용 일방향 프리프레그를 이용한 복합재 평판을 제작하여, 단축 인장/전단 시험을 통해 복합재 재료 물성치를 확인하였다. 이를 토대로 민항기 윙팁 어세스 패널(Wing Tip Access Panel)을 기준으로, 면재의 적층 순서 및 심재의 형상을 변경하면서 구조해석을 통한 적정성 검토를 수행 하였고, 최적화 된 샌드위치 패널의 실제 하중 거동을 확인하기 위해 압축시험용 치공구를 설계/제작 하여 압축시험을 진행 하였으며, 자체 규격을 통한 샌드위치 패널의 파손하중을 측정 하였다.
제 1장에서는 연구의 배경, 목적 및 범위를 설명하였다. 제 2장에서는 OOA공정을 이용한 복합재 평판을 제작하고 인장, 전단, 베어링 물성 시험을 수행하여 샌드위치 패널에 사용될 프리프레그 복합재의 물성치를 확보하였다. 이를 바탕으로 제 3장에서 샌드위치 패널 제작을 위한 초기설계 및 샌드위치 구조의 일반적 파손모드에 대하여 검토 하여 유한요소 해석 수행으로 최적화된 샌드위치 패널 형상을 제시 하였다. 제 4장에서는 이렇게 설계된 샌드위치 패널을 제작하고, 실제 시험을 위한 치공구를 제작하여 압축강도 시험을 진행 하였다. 마지막으로 제 5장에서 본 연구에 대한 결론으로 OOA공정을 이용한 프리프레그 복합재의 성능을 확인하여 유한요소 해석을 통한 압축강도 결과와 실제 압축강도에 대해 차이를 검토하고 그 원인에 대하여 샌드위치 패널의 일반적 파손모드를 이용하여 분석 하였다.
As demand for a structure that has enough strength and light weight increases, a study of composite materials is underway actively. Especially in the aerospace industry, the number of composite material parts increases higher because its specific stiffness and strength are 5~6 times higher than alum...
As demand for a structure that has enough strength and light weight increases, a study of composite materials is underway actively. Especially in the aerospace industry, the number of composite material parts increases higher because its specific stiffness and strength are 5~6 times higher than aluminums. That makes the manufacturing process of the material developed as well. There are several processes such as hand lay-up, resin transfer molding, infusion, autoclave, filament winding and so on. In general, autoclave process is known better than others in quality. However, manufacturing a huge structure using autoclave process cause many problems like requiring huge investment in budge, etc. To solve those problems, OOA (Out of Autoclave) process based on VBO has been developed. It is VBO without autoclave that has benefits of high productivity, possibility of manufacturing a huge structure and low productivity cost comparing with autoclave process. Especially, it has low risk of damaging its core in production of a sandwich panel and can reduce manufacturing process. While the development of OOA process technology is in process actively in advanced foreign companies, the technology level of the process in domestic ones is highly low and even its transfer is almost impossible in reality. Therefore, developing its basic knowledge is one of the most important things for advancement and localization of skills relative with airplane. In this thesis, a composite plate using one directional prepreg for oven hardening was produced in OOA and its properties were achieved through uni-axial tensile and shearing tests specified in ASTM. With the properties, the baseline was selected from a wing tip access panel of a currently operating civil airplane. In addition, propriety analysis using structural analysis was carried out and a jig for compression test was developed in order to confirm a actual loading behavior of a optimized sandwich panel. The test was performed at KIMS (Korea Institute of Materials Science) and the failure load of the panel was measured
As demand for a structure that has enough strength and light weight increases, a study of composite materials is underway actively. Especially in the aerospace industry, the number of composite material parts increases higher because its specific stiffness and strength are 5~6 times higher than aluminums. That makes the manufacturing process of the material developed as well. There are several processes such as hand lay-up, resin transfer molding, infusion, autoclave, filament winding and so on. In general, autoclave process is known better than others in quality. However, manufacturing a huge structure using autoclave process cause many problems like requiring huge investment in budge, etc. To solve those problems, OOA (Out of Autoclave) process based on VBO has been developed. It is VBO without autoclave that has benefits of high productivity, possibility of manufacturing a huge structure and low productivity cost comparing with autoclave process. Especially, it has low risk of damaging its core in production of a sandwich panel and can reduce manufacturing process. While the development of OOA process technology is in process actively in advanced foreign companies, the technology level of the process in domestic ones is highly low and even its transfer is almost impossible in reality. Therefore, developing its basic knowledge is one of the most important things for advancement and localization of skills relative with airplane. In this thesis, a composite plate using one directional prepreg for oven hardening was produced in OOA and its properties were achieved through uni-axial tensile and shearing tests specified in ASTM. With the properties, the baseline was selected from a wing tip access panel of a currently operating civil airplane. In addition, propriety analysis using structural analysis was carried out and a jig for compression test was developed in order to confirm a actual loading behavior of a optimized sandwich panel. The test was performed at KIMS (Korea Institute of Materials Science) and the failure load of the panel was measured
주제어
#복합재 오토클레이브 Autoclave OOA 압축강도 Flat Wise out of autoclave 복합재물성
학위논문 정보
저자
정준오
학위수여기관
경상대학교 항공우주특성화대학원
학위구분
국내석사
학과
항공우주공학과
지도교수
권진회
발행연도
2016
총페이지
103 p.
키워드
복합재 오토클레이브 Autoclave OOA 압축강도 Flat Wise out of autoclave 복합재물성
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