하이브리드 복합재료(Hybrid composite)의 모드 I 층간파괴인성치에 영영향 주는 인자 중 적층순서, 하중점변위율, 초기크랙길이를 변화 시켰을 때의 실험 결과는 다음과 같다. (1) CF/CF, CF/GF, GF/GF로 적층하였을 경우 층간파괴인성치값은 서로 같은 계면을 성형한 것보다 서로 다른 계면을 적층한 CF/GF 의 경우가 강도면에서 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있다. (2) 하중점변위율을 0.2, 2, 20mm/min로 변화하였을 때, 미세한 변동은 있었으나, 허중점변위율의 영향은 거의 받지 않는 것을 알 수 있었다. (3) 초기크랙을 25, 30, 35, 40, 50mm로 변화시켰을 때 초기크랙길이의 영향은 일정하지 않았다. CF/CF인 경우는 초기크랙이 짧은 경우, CF/GF, GF/GF인 경우는 초기크랙이 긴 경우에 높은 값을 나타냈다. 이것은 GF 섬유가 직조형태의 프리프레그로 되어 있어 크랙의 진전에 따라 섬유부스러기 등의 생성에 따른 영향이라고 생각된다. (4) 적층순서에 따라 파면의 섬유 분포 형태가 달랐으며, CF/GF인 경우가 섬유의 파손형태가 가장 복잡하게 나타났으며, 이것이 높은 층간파괴인성치를 나타내는 원인이라고 판단된다.
하이브리드 복합재료(Hybrid composite)의 모드 I 층간파괴인성치에 영영향 주는 인자 중 적층순서, 하중점변위율, 초기크랙길이를 변화 시켰을 때의 실험 결과는 다음과 같다. (1) CF/CF, CF/GF, GF/GF로 적층하였을 경우 층간파괴인성치값은 서로 같은 계면을 성형한 것보다 서로 다른 계면을 적층한 CF/GF 의 경우가 강도면에서 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있다. (2) 하중점변위율을 0.2, 2, 20mm/min로 변화하였을 때, 미세한 변동은 있었으나, 허중점변위율의 영향은 거의 받지 않는 것을 알 수 있었다. (3) 초기크랙을 25, 30, 35, 40, 50mm로 변화시켰을 때 초기크랙길이의 영향은 일정하지 않았다. CF/CF인 경우는 초기크랙이 짧은 경우, CF/GF, GF/GF인 경우는 초기크랙이 긴 경우에 높은 값을 나타냈다. 이것은 GF 섬유가 직조형태의 프리프레그로 되어 있어 크랙의 진전에 따라 섬유부스러기 등의 생성에 따른 영향이라고 생각된다. (4) 적층순서에 따라 파면의 섬유 분포 형태가 달랐으며, CF/GF인 경우가 섬유의 파손형태가 가장 복잡하게 나타났으며, 이것이 높은 층간파괴인성치를 나타내는 원인이라고 판단된다.
This paper describes the effect of loading rate, specimen geometries and material properties for Mode I interlaminar fracture toughness of hybrid composite by using double cantilever beam (DCB) specimen. In the range of loading rate 0.2-20mm/min, there is found to be no significant effect of loading...
This paper describes the effect of loading rate, specimen geometries and material properties for Mode I interlaminar fracture toughness of hybrid composite by using double cantilever beam (DCB) specimen. In the range of loading rate 0.2-20mm/min, there is found to be no significant effect of loading rate with the value of critical energy release rate (G_IC). The value of $G_IC$ for variation of initial crack length are nearly similar values when material properties are CF/CF and GF/GF, however, the value of $G_IC/$ are highest with the increasing initial crack length at CF/GF. The SEM photographs show good fiber distribution and interfacial bonding of hybrid composites when the moulding is the CF/GF
This paper describes the effect of loading rate, specimen geometries and material properties for Mode I interlaminar fracture toughness of hybrid composite by using double cantilever beam (DCB) specimen. In the range of loading rate 0.2-20mm/min, there is found to be no significant effect of loading rate with the value of critical energy release rate (G_IC). The value of $G_IC$ for variation of initial crack length are nearly similar values when material properties are CF/CF and GF/GF, however, the value of $G_IC/$ are highest with the increasing initial crack length at CF/GF. The SEM photographs show good fiber distribution and interfacial bonding of hybrid composites when the moulding is the CF/GF
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문제 정의
본 연구에서는 하이브리드 복합재료의 층간 파괴 인성치G, c에 대한 종합적인 연구의 일환으로 모드口의 하중을 받는 ENF (end notched flexure) 시험에 이어서 모드I의 하중을 받는 DCB(double cantil ever beam) 시험편을 이용한 층간 파괴 인 성치에 관하여 검토하였다. 전보와 마찬가지로 CF/GF로 복합화된 프리프레그를 이용하여 16플라이와 17플라이 사이의 계면을 CF/CF, CF/GF, GF/GF로 적층 순서를 변화시키는 방법, 각각의 적층 조건에서 하중점 변위율, 초기 크랙길이 등이 층간 파괴 인성치 Gic에 미치는 영향을 상호 비교 검토하였다.
제안 방법
각 조건에서 실험된 시험 편의 파단면은 SEM을 이용하여 파면을 촬영하여 고찰하였다.
전보와 마찬가지로 CF/GF로 복합화된 프리프레그를 이용하여 16플라이와 17플라이 사이의 계면을 CF/CF, CF/GF, GF/GF로 적층 순서를 변화시키는 방법, 각각의 적층 조건에서 하중점 변위율, 초기 크랙길이 등이 층간 파괴 인성치 Gic에 미치는 영향을 상호 비교 검토하였다. 또한 주사현미경 사진을 통하여 적층 순서의 변화에 따른 적층면의 파단 현상을 정성적으로 고찰하였다.
본 실험에 사용된 실험 재료는 하이브리드 복합재료 (Hybrid Composite)로서 탄소유리섬유 프리프레그(주)한국화이바 CG5010) 로서 탄소섬유는 일방향, 유리섬유는 직조 형태이다. 이러한 복합 프리프레그를 실험실에서 32플라이(ply) 로 적층하여 성형하였으며, 일정한 섬유 함유율과 제품 치수의 변동을 억제하며 필요 이상의 수지가 낭비되지 않도록 제작한 금형(250x250m)을 사용하여 재료를 성형하였다. 경화온도는 130C, 경화시간은 90분으로 하였으며, 적층 시 알루미늄 포일(Al foil:두께 30µm)을 16플라이와 17플라이 사이에 삽입하여 초기 크랙을 형성하였다.
1(b)의 출력을 얻어 하중-변위 선도를 그렸다.적층순서의 영향을 고찰하기 위하여 CF/CF, CF/GF, GF/GF의 순서로 적층된 각 시험편을 폭(B) 20mm, 초기 크랙길이(街) 40mm의 조건으로 제작하였고, 하중점 변위율은 0.2, 2, 20mm/min으로 변화시켰으며, 초기 크랙의 영향을 고찰하기 위해서적층 순서(CF/GF, CF/CF, GF/GF)의 변화에 따라 시험 편 폭 (B) 20mm, 하중점 변위율, 2mm/min로 일정하게 하고 초기 크랙을 25, 30, 35, 40, 50으로 변화시켰다.
본 연구에서는 하이브리드 복합재료의 층간 파괴 인성치G, c에 대한 종합적인 연구의 일환으로 모드口의 하중을 받는 ENF (end notched flexure) 시험에 이어서 모드I의 하중을 받는 DCB(double cantil ever beam) 시험편을 이용한 층간 파괴 인 성치에 관하여 검토하였다. 전보와 마찬가지로 CF/GF로 복합화된 프리프레그를 이용하여 16플라이와 17플라이 사이의 계면을 CF/CF, CF/GF, GF/GF로 적층 순서를 변화시키는 방법, 각각의 적층 조건에서 하중점 변위율, 초기 크랙길이 등이 층간 파괴 인성치 Gic에 미치는 영향을 상호 비교 검토하였다. 또한 주사현미경 사진을 통하여 적층 순서의 변화에 따른 적층면의 파단 현상을 정성적으로 고찰하였다.
대상 데이터
Photo. 1은 성형 압력을 431kPa로 일정하게 하고 16플라이와 17플라이의 층간면을 CF/CF, CF/GF, GF/GF로 적층하여 성형한 시험편으로써 폭 20mm, 시험 편길이 100mm, 하중점 변위율 2mm/min일 때의 모드 I 파단 양면의 SEM 사진이다.
본 실험에 사용된 실험 재료는 하이브리드 복합재료 (Hybrid Composite)로서 탄소유리섬유 프리프레그(주)한국화이바 CG5010) 로서 탄소섬유는 일방향, 유리섬유는 직조 형태이다. 이러한 복합 프리프레그를 실험실에서 32플라이(ply) 로 적층하여 성형하였으며, 일정한 섬유 함유율과 제품 치수의 변동을 억제하며 필요 이상의 수지가 낭비되지 않도록 제작한 금형(250x250m)을 사용하여 재료를 성형하였다.
성능/효과
(1) CF/CF, CF/GF, GF/GF로 적층하였을 경우 층간 파괴 인성치 값은 서로 같은 계면을 성형한 것보다 서로 다른 계면을 적층한 CF7GF의 경우가 강도면에서 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있다
(2) 하중점 변위율을 0.2, 2, 20mm/min로 변화하였을 때, 미세한 변동은 있었으나 하중점 변위율의 영향은 거의 받지 않는 것을 알 수 있었다.
(3) 초기 크랙을 25, 30, 35, 40, 로변화시켰을 때 초기 크랙길이의 영향은 일정하지 않았다. CF/CF인 경우는 초기 크랙이 짧은 경우, CF/GF, GF/GF인 경우는 초기 크랙이 긴 경우에 높은 값을 나타냈다.
(4)적층순서에 따라 파면의 섬유분포 형태가 달랐으며, CF/GF인 경우가 섬유의 파손 형태가 가장 복잡하게 나타났으며, 이것이 높은 충간 파괴 인성치를 나타내는 원인이라고 판단된다.
(3) 초기 크랙을 25, 30, 35, 40, 로변화시켰을 때 초기 크랙길이의 영향은 일정하지 않았다. CF/CF인 경우는 초기 크랙이 짧은 경우, CF/GF, GF/GF인 경우는 초기 크랙이 긴 경우에 높은 값을 나타냈다. 이것은 GF 섬유가 직조 형태의 프리프레그로 되어 있어 크랙의 진전에 따라 섬유 부스러기 등의 생성에 따른 영향이라고 생각된다.
모드 I 시험 편인 DCB시험편의 하중-변위선도 양상은 크게 분류하면 두 가지 형태, 즉 전형적인 안정 크랙 성장과 불안정 크랙 성장이 혼합되어 나타나는 것을 관찰할 수 있었다.
본 연구에서 사용한 하이브리드 재료에서는 대부분 안정 파괴 현상을 나타냈으나 동일 조건에서 초기 크랙이 짧은 경우에 일어나는 경향이 많았고, 부분적으로 불안정 파괴 현상을 나타내는 경우도 있었다.
참고문헌 (7)
Davies, P. (1991) : Polymers and Composite Task Group Round Robin Protocol for Mode I, Mode II and Mixed Mode Testing, European Structural Integrity Society.
김형진. 박명일. 곽대원. 김재동. 고성위 (2002) : 하이브리드 복합재료의 모드 II 층간파괴인성치에 관한 연구, 한국해양공학회지, 16(4), 42-47.
Hashemi, S., Kinloch, A.J. and Williams. J. G. (1989) : Corrections Needed in DoubleCantilever Beam Tests for Assessing the Interlaminar Failure of Fiber-Composites", J. Mat. Sci. Letters 8, 125-129.
Berry. J. P. (1983) : Determination of Fracture Surface Energies by Cleavage Techanique, J. Appl, Phys., 34, 62-66.
Kageyama, K., Kobayashi, T. and Chou, T. W. (1987) : Analytical Compliance Method for Mode I Interlaminar Fracture Toughness Testing of Compsites", Camp. 18, 393~399.
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