본 연구에서는 염수환경이 탄소-에폭시 복합재의 기계적 물성치에 미치는 영향을 살펴보았다. 시편은 USN125 복합재로 제작하였고, 3.5% 염수에 0, 0.5. 1, 2, 3, 6, 9, 12 개월간의 침수 후 면내 인장시험과 전단시험을 수행하였다. 실험에서 염수로부터 시편을 보호하기 위한 방수페인트나 시간을 절약하기 인한 특별한 가속방법은 사용하지 않았다. 섬유방향 및 기지방향 인장강도와 강성의 경우 12개월 동안의 침수에도 불구하고 특별한 물성치의 변화를 발견할 수 없었다. 반면 전단강도와 강성은 염수환경에 민감하게 반응하며. 12개월 침수 후의 물성치는 염수에 노출되지 않은 시편에 비해 전단강도 30%, 전단강성 46%의 저하를 보였다.
본 연구에서는 염수환경이 탄소-에폭시 복합재의 기계적 물성치에 미치는 영향을 살펴보았다. 시편은 USN125 복합재로 제작하였고, 3.5% 염수에 0, 0.5. 1, 2, 3, 6, 9, 12 개월간의 침수 후 면내 인장시험과 전단시험을 수행하였다. 실험에서 염수로부터 시편을 보호하기 위한 방수페인트나 시간을 절약하기 인한 특별한 가속방법은 사용하지 않았다. 섬유방향 및 기지방향 인장강도와 강성의 경우 12개월 동안의 침수에도 불구하고 특별한 물성치의 변화를 발견할 수 없었다. 반면 전단강도와 강성은 염수환경에 민감하게 반응하며. 12개월 침수 후의 물성치는 염수에 노출되지 않은 시편에 비해 전단강도 30%, 전단강성 46%의 저하를 보였다.
The main objective of this study is to investigate the effect of salt water on the mechanical properties of a carbon-epoxy composite material. Specimens were made of a carbon-epoxy composite USN125 and tested under inplane tension and shear after 0, 0.5, 1, 2, 3, 6, 9, and 12 months immersion in 3.5...
The main objective of this study is to investigate the effect of salt water on the mechanical properties of a carbon-epoxy composite material. Specimens were made of a carbon-epoxy composite USN125 and tested under inplane tension and shear after 0, 0.5, 1, 2, 3, 6, 9, and 12 months immersion in 3.5% salt water. Waterproof painting and acceleration technique were not applied. The tensile strengths and moduli in fiber and matrix directions did not show any remarkable degradation until 12 months immersion. In contrast to the tensile properties, shear strength and modulus started to degrade from the early stage of the immersion time and gradually decreased to 36% and 46% of dry values, respectively, after 12 months immersion.
The main objective of this study is to investigate the effect of salt water on the mechanical properties of a carbon-epoxy composite material. Specimens were made of a carbon-epoxy composite USN125 and tested under inplane tension and shear after 0, 0.5, 1, 2, 3, 6, 9, and 12 months immersion in 3.5% salt water. Waterproof painting and acceleration technique were not applied. The tensile strengths and moduli in fiber and matrix directions did not show any remarkable degradation until 12 months immersion. In contrast to the tensile properties, shear strength and modulus started to degrade from the early stage of the immersion time and gradually decreased to 36% and 46% of dry values, respectively, after 12 months immersion.
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문제 정의
많지 않은 형편이다. 따라서 본 연구에서는 SK 케미컬에서 생산하고 있는 탄소-에폭시 복합재 USN125에 대하여, 실제 해수의 염도에 가까운 3.5% 염수가 복합재료의 기계적 특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 침수 기간은 0, 0.
본 연구에서는 탄소섬유 강화 에폭시수지 복합 재료가 염수 환경에 노줄될 때 노줄 시간에 따라 기계적 물성치가 어떻게 달라지는지를 실험적으로 연구하였다. 실험 결과 섬유방향은 물론 기지 방향의 경우에도 12개월까지 인장하중에 대한 강도 및 강성의 뚜렷한 변화는 발견되지 않았다.
제안 방법
ASTM D3039에서 강성을 구할 때 스트레인 범위를 파괴변형률의 25% ~ 50%까지의 구간으로 권고하고 있다. 따라서 본연구에서는 선형성이 비교적 잘 유지되는 6000-8000 "부분을 이용하여 계산하였고 Poisson 비도 변형률이 6000 μ£을 기준으로 계산하였다.
기지 방향의 물성치를 확인하기 위한 인장시헙 시편의 수량은 섬유 방향 인장시험과 동일하게 침수기간별로 각 5개를 사용하였고, 0, 0.5, I, 2, 3, 6, 9, 12개월의 침수기간에 대해 시험을 수행하였다. 시편의 파손 양상은 Fig.
9에 보인바와 같다. 변형률이 5%를 넘어설 때까지 파단이 일어나지 않았기 때문에 ASTM D5379에 따라 최대 강도는 변형률이 5%인 곳에서정하였다. 시편 뒷면에 접착제를 도포하 여 파손 모드를 나타내었지만 사진상으로 판독이 어려워 독자들의 이해를 돕기 위해 Fig.
5, 1, 2, 3, 6, 9, 12개월이고, 면내인장시험과 전단 시험을 수행하였다. 실험에서 염수로부터 시편을 보호하기 위한 방수페인트나 시간을 절약하기 위한 특별한 가속방법은 사용하지 않았다.
염수환경에 노출된 복합재의 물성치 변화를 시험하기 위한 두 번째 방법으로 기지 방향 인장 시험을 수행하였다. 기지 방향의 물성치를 확인하기 위한 인장시헙 시편의 수량은 섬유 방향 인장시험과 동일하게 침수기간별로 각 5개를 사용하였고, 0, 0.
윤성히기는 6개월 동안 염수분무시험과 염수 침수시험을 수행하여 염수환경에 노출된 유리섬유 직물/페놀복합재의 내구성을 실험하였다. 연구 결과, 기계적 특성은 점차 감소되는 양상을 보였고 강성은 초기에 감소하였지만 노출 시간이 길어짐에 따라다소 증가하는 양상을 뛰었다.
전단 시편 제작을 위해 사용된 프리프레그와 제작된 시편의 수는 인장 시험 시편과 동일하다. 제작된 모재를 76 mm(섬유방향) x 20 mm(기지 방향)로 재단한 후 Fig. 6에 보인 바와 같이 규격에 따라 중앙 부분에 직각의 노치 (notch)를 만들었다. 시편 제작 후 Fig.
제작된 인장 시 편의 평균 두께는 0.84 mm이므로 실험에서 측정된 하중에, 실측된 두께를 기준으로 한 단면적을 나누어지지 응력을 계산하였다’ 강도는 최대 지 지응력으로 정의하였다. ASTM D3039에서 강성을 구할 때 스트레인 범위를 파괴변형률의 25% ~ 50%까지의 구간으로 권고하고 있다.
5% 염수가 복합재료의 기계적 특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 침수 기간은 0, 0.5, 1, 2, 3, 6, 9, 12개월이고, 면내인장시험과 전단 시험을 수행하였다. 실험에서 염수로부터 시편을 보호하기 위한 방수페인트나 시간을 절약하기 위한 특별한 가속방법은 사용하지 않았다.
시편은 침수 기간별로 각각 5개씩 제작하였다. 침수 전 탭 (tab) 속으로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위하여 Fig. 3에 보인 바와 같이 접착식 실링 튜브(sealing tube)를 사용하여 탭 부분을 밀봉하였다. 침수를 위해 사용한 수조는 Fig.
대상 데이터
시편은 SK케미컬의 USN125 탄소-에폭시 프리프레그를 사용하여 제작하였고, 시 편의 치수는 ASTM D3039[2이 규격에 따라 결정하였다. 섬유방향 및 기지 방향 인장 시험 시 편의 크기는 Fig.
시편은 침수 기간별로 각각 5개씩 제작하였다. 침수 전 탭 (tab) 속으로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위하여 Fig.
인장 및 전단 시험에 사용한 재료시험기는 Fig. 8에 보인 Instron 5582이고, 상온에서 분당 1 mm의 변위제어로 하중을 가하였다. 시험 전방수를 위해 설치한 탭 부분의 실링 튜브는 제거한다.
이론/모형
전단 물성치 측정을 위한 시편은 ASTM D5379[21] 규격에 따라 제작하였다. 전단 시편 제작을 위해 사용된 프리프레그와 제작된 시편의 수는 인장 시험 시편과 동일하다.
시험 전방수를 위해 설치한 탭 부분의 실링 튜브는 제거한다. 전단 시험은 시편에 전단 하중을 가하기 위하여 ASTM D5379에 규정된 치구를 Fig. 9와 같이 설치하여 시험하였다.
성능/효과
수조에서 꺼낸 후 실험을 수행하기 전까지 수분의 증발은 무시하였다. 1년 후 섬유방향과 기지 방향 인 장시편의 수분흠 수율은 모두 1.63%로, 1년까지는 지속적으로 증가하지만 9개월 후의 증가율은 매우 낮다. 전단 시편은 수분 흡수율이 K개월(0.
강성은 Fig. 13에 나타난 것과 같이 침수전 162 GPa과 비교하여 약 1.85%의 변화가 있었으나, 오차범위 내의 값으로 볼 수 있고, 12개월 침수까지 특별한 경향성을 보이지는 않았다. 침수기간에 따른 파손 변형률은 Fig.
그러나 9개월과 12개월 후에는 예상과 달리 침수 전과 비교해서 2%의 정도의 강도 저하가 발생하였다. 그러나 2~6%의 차이는 실험 오차의 범위에 속하는 것으로 볼 수 있으며 전체적으로 12개월 침수 후에도 뚜렷한 강도 저하는 없는 것으로 나타났다.
17에서와 같이 선형적인 관계를 보였다. 기지 방향 인장 시험에서는 강성즉 응력-변형률 선도의 기울기에는 큰 변화가 없지만 강도 즉파손응력의 분산은 상대적으로 크게 나타났다.
노출 시간이 길어지고 정수압력이 증가함에 따라 선형적으로 압축탄 성계수와 파괴강도가 증가함을 발견하였다.
섬유방향 및 기지 방향 인장 특성과 달리 전단 특성은 염수 환경에 민감하게 반응하는 것으로 나타났다. Fig.
실험적으로 연구하였다. 실험 결과 섬유방향은 물론 기지 방향의 경우에도 12개월까지 인장하중에 대한 강도 및 강성의 뚜렷한 변화는 발견되지 않았다. 전단 강도와 강성의 경우 인장 강도와 강성과 달리 염수환경에 노출되지 않은 시편 대비 각각 36%와 46%가 저하되었다.
실험하였다. 연구 결과, 기계적 특성은 점차 감소되는 양상을 보였고 강성은 초기에 감소하였지만 노출 시간이 길어짐에 따라다소 증가하는 양상을 뛰었다. 또한 염수 침수환경은 염수 분무 환경에 비해 복합재의 내구성에 더 심각한 영향을 미친다는 사실을 보고하였다.
23에 보인 바와 같이면내 전단강도는 침수 전 94 MPa에서 i2개월 후 60 MPa로 36%나 저하되는 것으로 나타났다. 전단 강성은 침수 전 6.1 GPa에서 12개월 후 3.3 GPa로 약사6%가량 감소하였다. 일부 시편(9개월 전 단강도시편 및 6개월 전단강성시편) 의 경우 전체 경향성에서 약간 벗어나고 있으나 시험 데이터의 오차번 위 안에 포함되는 것으로 판단된다.
12에 제시하였다. 침수 후 2개월까지는 침수전과 비교하여 거의 강도 저하가 보이지 않았으며, 3개월과 6개월 침수 후 강도 측정 결과 2503 MPa 및 2532 MPa로, 침수전 평균 2652 MPa대비 약 6%의 강도 저하가 발생하였다. 그러나 9개월과 12개월 후에는 예상과 달리 침수 전과 비교해서 2%의 정도의 강도 저하가 발생하였다.
침수전과 비교해서 파손 변형률은 2개월 후 약 1% 줄었지만 이는 오차범위에 속한다. 침수전과 비교하여 12개월 후 1%가량 증가하였지만 전체적인 경향은 변동이 없는 것으로 나타났다. Fig.
이러한 현상은 침수 기간에 무관하게 공통적으로 나타났다. 파손은 Fig. 11에 보인 바와 같이 폭발적인 섬유파손의 형태로 발생하지만 침수 기간이 길어질수록 취성이 약해지는 경향을 발견할 수 있었다.
참고문헌 (21)
Kimpara I., "Use of advanced composite mate- rials in marine vehicles," Marine structures, Vol. 4, No. 2, 1991, pp. 117-127
김제현, 문창권, "장시간의 수분흡수가 유리섬유/에폭시 수지 복합재료의 계면특성에 미치는 영향," 한국고분자학회지, 제22권, 제3호, 1998, pp. 468-477
Judd, N. C. W., "Absorption of water into carbon fibre composite," Society of Chemical Industry, Vol 9, No. 1, 1977, pp. 36-40
Loos, A. C. and Springer, G. S., "Moisture absorption of graphite-epoxy composites immersed in liquids and in humid air," Journal of composite materials, Vol. 13, No. 2, 1979, pp. 131-147
Chiou, P. and Bradley, W. L., "Effects of seawater absorption on fatigue crack development in carbon/epoxy EDT specimens," Composites, Vol. 26, No. 12, 1995, pp. 869-876
Wang, C. and Huang, Y. D. and Xv, H. Y. and Liu, W. B., "The durability of adhesive/carbon-carbon composites joints in salt water," International journal of adhesion and adhesives, Vol. 24, No. 6, 2004, pp.471-477
Toutanji, H. A., "Durability characteristics of concrete columns confined with advanced composite materials," Composite structures, Vol. 44, No 2/3, 1999, pp. 155-161
Miller, P. H., "Effects of moisture absorption and test method on the properties of E-glass/Polyester hull laminates," Journal of composite materials, Vol. 36, No. 9, 2002, pp. 1065-1078
Jamond, R. M., Caceres, A., Hoffard, T. A. and Malvar, L. J., "Accelerated testing of fiber reinforced polymer matrix composites - Test plan," NFESC Special Publication SP-2091-SHR, 2000
Jamond, R. M., Hoffard, T. A., Novinson. T. and Malvar, L. J., "Composites in simulated marine environments," NFESC Special Publication SP-2091-SHR, 2000
ASTM D3039, "Standard test method for tensile properties of polymer matrix composite materials"
ASTM D5379, "Standard test method for shear properties of composite materials by the V-Notched beam method"
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