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문제 정의
- 본 논문에서는 알루미늄과 CFRP (탄소섬유/에 폭 시) 복합재의 파괴 인성을 향상시키기 위해 알루미늄과 CFRP의 표면처리에 대해 다루었다. 이를 위해 알루미늄은 플라즈마로 표면처리 하였고 CFRP는 이온빔 으로 표면처리 하였다.
- 본 논문에서는 접착제로 접합된 CFRP/알루미늄 복합재의 파괴 인성을 향상시키기 위해 CFRP와 알루미늄의 표면처리에 대해 다루었다. 즉 CFRP는 이온 도움 반응법으로 알루미늄은 플라즈 마로 표면처리 하였으며 표면처리에 따른 파괴인 성 향상을 정량화하였다.
제안 방법
- A* r 이온빔으로 CFRP를 표면처리 하거나 플라 즈마로 알루미늄을 표면처리 할 경우 CFRP/알루미늄 복합재의 파괴 인성 이 왜 증가되 는가를 이해하기 위해 주사 현미경을 이용 세 경우 시편에 대한 파단면을 비교하였다. Fig.
- CFRP/알루미늄 복합재에 있어 CFRP와 알루미늄의 표면처리가 얼마나 파괴 인성을 향상시키는 가를 정량화하기 위해 세 경우 시편에 대한 파괴 인성을 측정 비교하였다. 본 연구에서 파괴 인성 은 일인자 방법을 적용해 측정하였다.
- 3은 세 경우 시편에 대한 파괴하중, Pcr 값을 에러바 (error bar)로 비교한 것을 나타낸다. Per 값은 초기균열 이 진 전할 때의 하중 값으로 본 연구에서는 하중-변위 선도에서 변위 증가에 대해 하중이 감소할 때의 하중 값으로 결정하였다. Fig.
- 알루미늄 시편의 표면처리를 위해 두께가 3mm인 AI 7075를 사용 200 mm x 25 mm로 가공하였다. 가공된 시편 표면의 오염물을 제거하기 위해 아세톤으로 10분간 초음파 세정하였다. 그 후 에탄올과 삼차 증류수를 사용하여 각각 5 분 간 초음파로 표면을 세정한 후 고순도 질소(N, 가스를 이용하여 시험편의 표면에 잔류하는 용액을 제거하였다.
- 괴인 성 시험을 수행하였다. 이를 표면처리 하지 않은 CFRP/알루미늄 복합재의 파괴 인성과 비교 표면처리에 따른 파괴 인성 향상을 정량화하였다.
- 이를 표면처리 하지 않은 CFRP/알루미늄 복합재의 파괴 인성과 비교 표면처리에 따른 파괴 인성 향상을 정량화하였다. 또한 주사 현미경을 이용해 표면처리 유무에 따른 파단면을 비교함으로써 표면처리에 의한 파 괴인 성 향상 원인을 검토하였다.
- 본 논문에서는 알루미늄과 CFRP (탄소섬유/에 폭 시) 복합재의 파괴 인성을 향상시키기 위해 알루미늄과 CFRP의 표면처리에 대해 다루었다. 이를 위해 알루미늄은 플라즈마로 표면처리 하였고 CFRP는 이온빔 으로 표면처리 하였다. 표면 처리한 CFRP와 알루미늄을 적용 CFRP/알루미늄 복합재 CLS (Cracked Lap Shear) 시편을 제작한 후 파
- 괴인 성 시험을 수행하였다. 이를 표면처리 하지 않은 CFRP/알루미늄 복합재의 파괴 인성과 비교 표면처리에 따른 파괴 인성 향상을 정량화하였다. 또한 주사 현미경을 이용해 표면처리 유무에 따른 파단면을 비교함으로써 표면처리에 의한 파 괴인 성 향상 원인을 검토하였다.
- 초기 균열은 랩(CFRP 복합재)과 스트랩 (알루미늄) 계면에 13 p m 두께를 갖는 캡 톤 막을 30 mm 삽입하여 형성하였다. 파괴시험은 Instron을 사용 일 정 변형율 (0.5 mm/min) 하에서 수행하였으며 하 중이 가해지는 점의 변형은 Instron 에 부착된 LVDT를 이용하여 20 pts/s의 데이터 값을 얻었다. Fig.
- ''“ 즉 표면처리는 산소 분위기 하에서 A* r를 이용하여 수행하였다. 표면처리 시 이온 에너지는 1 Kev로, 진공도는 5x W5 Torr로, 이온 에너지의 양은 lx 1016 ions/cm2 하였고 시간은 조건에 적합한 56초로 하였다.
- 그 후 에탄올과 삼차 증류수를 사용하여 각각 5 분 간 초음파로 표면을 세정한 후 고순도 질소(N, 가스를 이용하여 시험편의 표면에 잔류하는 용액을 제거하였다. 플라즈마 형성의 원료 기체로는 아세틸렌 (C2H2)과 질소 (N2) 가스를 이용하였으며 두 혼합기체를 5:5의 비율로 처 리 시간은 30초로 하였다. 진공압력은 lx 10'5 Torr, 파워는 200 W, anode와 cathod사이의 거리는 10 cm으로 하였고 전류는 100 mA, 전압은 800-820 V로 하였다.
대상 데이터
- 커) 미컬)를 사용하여 [Oo/457-45o/Oo]3s 순으로 적층한 후 오토클레이브 (autoclave) 내에서 완성하였다. 성형된 CFRP 패 널 (두께: 3mm)을 120 mm x 25 mm 크기로 절단하였으며 이온빔 처리 전의 전처리는 알루미늄과 같이 하였다. CFRP의 A* r 이온빔 처리는 기존의 연구에서 이온빔을 이용한 고분자 개질 방법과는 달리 시편에 반응성 가스를 흘려주어 표면에 친 수성 기능 그룹이 표면에 형성된다고 발표된 바 있는 이온 도움 반응법 (Ion-assisted Reaction Method)을 적용하였다.
- 알루미늄 시편의 표면처리를 위해 두께가 3mm인 AI 7075를 사용 200 mm x 25 mm로 가공하였다. 가공된 시편 표면의 오염물을 제거하기 위해 아세톤으로 10분간 초음파 세정하였다.
- CFRP/알루미늄 CLS (Cracked Lap Shear) 시편은 상온에서 경화되는 접착제를 이용 CFRP/접착 저]/알루미늄 형태로 적층한 후 이를 프레스 내에서 5 kg/c;/의 일정 압력으로 상온에서 24시경 화하여 완성하였다. 접착제는 열경화성 에폭시수지인 비스페놀 A형 디글리시딜 에테르(Diglycidyl Ether of Bisphenol A-DGEBA, YD-115, (주)국도화학)와 경화제로 디아닐렌(Dianiline, D-230, (주)국 도화학)을 7・.3의 수지 혼합비로 사용하였다. 초기 균열은 랩(CFRP 복합재)과 스트랩 (알루미늄) 계면에 13 p m 두께를 갖는 캡 톤 막을 30 mm 삽입하여 형성하였다.
이론/모형
- 성형된 CFRP 패 널 (두께: 3mm)을 120 mm x 25 mm 크기로 절단하였으며 이온빔 처리 전의 전처리는 알루미늄과 같이 하였다. CFRP의 A* r 이온빔 처리는 기존의 연구에서 이온빔을 이용한 고분자 개질 방법과는 달리 시편에 반응성 가스를 흘려주어 표면에 친 수성 기능 그룹이 표면에 형성된다고 발표된 바 있는 이온 도움 반응법 (Ion-assisted Reaction Method)을 적용하였다.''“ 즉 표면처리는 산소 분위기 하에서 A* r를 이용하여 수행하였다.
- CFRP/알루미늄 복합재에 있어 CFRP와 알루미늄의 표면처리가 얼마나 파괴 인성을 향상시키는 가를 정량화하기 위해 세 경우 시편에 대한 파괴 인성을 측정 비교하였다. 본 연구에서 파괴 인성 은 일인자 방법을 적용해 측정하였다. 일인자 방법 의 장점은 한 번의 파괴시험으로부터 파괴 인성을 결정할 수 있는데 있다.
성능/효과
- 3에 나타나 있듯이 CFRP나 알루미늄의 표면 저리에 따라 파괴하중이 달라짐을 알 수 있다. 즉 CFRP를 Ar* 이온빔으로 표면처리 할 경우 ("시편 2”) 가장 높은 P„ 값을 나타냈으며 이는 표면처리 하지 않은 시편 ("시편 1”) 경우에 비해 P” 값이 28 % 이상 증가하였다. 알루미늄을 플라즈 마로 표면처리 한 시편의 ("시편 3") 경우에는 , , 시편 1“ 경우에 비해 Pcr 값이 20% 이상 증가하였다.
- (1) 이온 도움 반응법 및 플라즈마를 적용한 CFRP와 알루미늄의 표면처리로 인해 CFRP/알루미늄 복합재의 파괴 인성은 상당히 향상된다. 특히 이온 도움 반응법을 적용한 CFRP의 표면처리가 플라즈마를 적용한 알루미늄의 표면처리보다 파 괴인 성을 더욱 향상시킨다.
- (2) 표면처리 안 한 경우의 파괴는 계면파괴인 adhesive 파괴로 발생하였으며 이온 도움 반응법 또는 플라즈마로 표면처리한 경우에 있어서는 접착 제가 파괴되는 cohesive 파괴가 발생하였다. 이는 표면처리에 의해 표면 에너지가 증가해 접착제의 계면 확산이 증가하는데 기인하는 것으로 사료된다.
- 본 논문에서는 접착제로 접합된 CFRP/알루미늄 복합재의 파괴 인성을 향상시키기 위해 CFRP와 알루미늄의 표면처리에 대해 다루었다. 즉 CFRP는 이온 도움 반응법으로 알루미늄은 플라즈 마로 표면처리 하였으며 표면처리에 따른 파괴인 성 향상을 정량화하였다. 본 논문의 결론을 다음과 같다.
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