[논문]새로운 z-피닝 기술로 제작된 복합적층판의 내충격 특성

최익현; 안석민; 염찬홍; 황인희; 이대성

doi:10.5139/jksas.2009.37.7.693

초록
AI-Helper

본 논문에서는 복합적층판의 취약한 층간 특성을 보강할 수 있는 z-피닝 기술에 대하여 기존에 알려진 방법들을 소개하고, 최근 저자에 의하여 제안된 새로운 방법을 소개하였다. 새로운 방법을 적용하여 시제작된 z-피닝 시편들에 대하여 충격시험을 수행하고, 충격손상 영역을 측정하였다. z-피닝 기술이 적용되지 않은 일반 복합재 시편에 대해서도 동일한 시험을 수행하고, 두 결과를 서로 비교하였다. 결과적으로 새로운 z-피닝 기술은 기존의 기술에 비하여 양산에 적용하기가 매우 유리한 장점이 있으며, 새로운 z-피닝 기술이 적용된 복합적층판 시편들의 내충격 특성이 확실히 향상되고 있음을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, conventional z-pinning technology which can be used to reinforce inter-laminar property of laminated composites is introduced and new z-pinning technique recently proposed by author is also introduced. On some trial specimens manufactured by the new z-pinning technique, the low-veloci...

In this paper, conventional z-pinning technology which can be used to reinforce inter-laminar property of laminated composites is introduced and new z-pinning technique recently proposed by author is also introduced. On some trial specimens manufactured by the new z-pinning technique, the low-velocity impact test was performed and impact damage area was measured. Similar impact test was performed on normal composite laminate specimens and those test results were compared to each other. Consequently, it can be seen that the new z-pinning technique is more useful in applying to mass production of z-pinned composite laminate structures than the conventional techniques and some clear improvement on impact resistance of z-pinned composite laminates manufactured by the new z-pinning technique is observed.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

z-피닝 기술은 아직 많이 알려져 있지 않은 편이지만, 최근 이에 대한 연구동향을 조사한 논문도 발표되어 있다[1, 2]. 본 논문에서는 먼저 z-피닝에 대하여 기존에 알려진 기술들을 소개하고, 최근 저자에 의하여 고안된 새로운 z-피닝 개념에 대해서도 소개한다.
이러한 장점을 갖는 z-피닝 기술에 대하여, 본 연구에서는 새로운 개념을 제시하였으며, 이 새로운 z-피닝 개념을 적용하여 시제품을 제작하는데 성공하였다. 시제작된 z-피닝 복합적층판 시편의 내충격 특성을 시험평가하고, 이를 일반 복합적층판 시편과 비교하였다.

제안 방법

저자는 새로운 z-피닝 개념을 적용하여 z-피닝 시제품을 제작하는데 성공하였으며, 새로운 z-피닝 기술을 적용하여 시제작된 z-피닝 복합적층판시편들에 대하여 저속충격시험을 수행하고, 충격 손상영역을 측정하였다. 또한 z-피닝이 적용되지 않은 일반 복합재 시편에 대해서도 동일한 저속 충격시험을 수행하고, 충격손상영역을 측정하였으며, 두 결과를 서로 비교하였다.
저자는 새로운 z-피닝 개념을 적용하여 z-피닝 시제품을 제작하는데 성공하였으며, 새로운 z-피닝 기술을 적용하여 시제작된 z-피닝 복합적층판시편들에 대하여 저속충격시험을 수행하고, 충격 손상영역을 측정하였다. 또한 z-피닝이 적용되지 않은 일반 복합재 시편에 대해서도 동일한 저속 충격시험을 수행하고, 충격손상영역을 측정하였으며, 두 결과를 서로 비교하였다.
Foster-Miller(사)는 이 방법을 적용하여 z-피닝 기술의 실용화에 성공하였다. F/A-18E/F 슈퍼호넷의 엔진베이 도어와 에어인렛 덕트 연결에, 이 z-피닝 기술을 사용하여 기존에 사용된 티타늄 패스너를 대체한 것이다. 그들은 이 기술을 적용함으로써 한 대당 83,000달러의 비용절감과 17kg 의 경량화를 가져왔다고 한다[5].
저자는 최근에 z-피닝에 대하여 새로운 개념[6]을 적용하여, z-핀이 박힌 복합적층판 시제품을 제작하는데 성공하였다. 즉, 기존의 개념들과는 달리, z-핀을 포함하고 있는 일회용 프리폼을 사용하지 않고, 반복사용이 가능한 치구개념을 도입하여 오토클레이브 성형공정을 통하여 복합 적층판에 z-핀이 삽입되도록 하였다. Fig.
앞 장에서 살펴본 바와 같이 기존의 z-피닝 기술에 비하여 많은 장점을 갖는 z-피닝 신기술을 적용하여 치구 세트 시제품을 제작하고, 시제작 된 치구 세트를 사용하여 z-피닝 복합적층판의 시제품 제작을 시도하였다.
본 연구에서는 z-피닝 시편의 성능을 확인하기 위하여 먼저 일반시편과의 성능 비교를 수행하였다. 향후에는 일반시편과의 비교 뿐만 아니라 타 z-피닝 기술로 제작된 시편과도 성능 비교를 수행할 필요가 있다.
이러한 장점을 갖는 z-피닝 기술에 대하여, 본 연구에서는 새로운 개념을 제시하였으며, 이 새로운 z-피닝 개념을 적용하여 시제품을 제작하는데 성공하였다. 시제작된 z-피닝 복합적층판 시편의 내충격 특성을 시험평가하고, 이를 일반 복합적층판 시편과 비교하였다. 비교 결과 z-피닝 시편들의 경우에 충격손상의 크기가 확실히 작게 나타나고 있음을 확인할 수 있었다.

대상 데이터

11은 새로운 z-피닝 개념을 적용하여 제작된, 전형적인 z-피닝 복합적층판 시제품을 보여주고 있다. 시제작에 사용된 복합소재는 T300/934 카본/에폭시 소재이며, 적층순서는 [0/45/0/-45/0/-45/0/45/90]_S 이다. 시편의 크기는 175 x 175mm이고, 두께는 2.
시제작에 사용된 복합소재는 T300/934 카본/에폭시 소재이며, 적층순서는 [0/45/0/-45/0/-45/0/45/90]_S 이다. 시편의 크기는 175 x 175mm이고, 두께는 2.25mm 이다. 소재의 물성치는 Table 1과 같다.

이론/모형

Fig. 13은 위 시편들의 충격손상을 C-스캐닝(C-scanning) 방법으로 측정한 것이다. 즉, 일반 시편 (왼쪽)과 시제작된 z-피닝 시편 (오른쪽)에 대하여, 측정된 충격손상영역을 보여준다.

성능/효과

첫째, 프리폼을 사용하지 않기 때문에, 기존의 개념에서처럼 프리폼의 압축되는 양을 정확히 분석하여 복합적층 구조물의 두께에 따라 프리폼의 두께를 결정하고 제작하느라 고민할 필요가 없다. 즉, 본 논문의 개념에서는, 삽입되는 z-핀의 길이를 성형후의 적층판의 두께와 일치시키기만 하면, 성형시 z-핀의 삽입이 완료된 후 성형압력이 프리프레그로 전달되어 프리프레그 내부의 여분의 수지가 충분히 제거될 수 있다. 특히 적층 구조물의 두께가 변하는 경우에도 삽입되는 위치에서의 복합적층 구조물의 두께와 길이가 같은 z-핀을 하부 치구의 구멍 속에 삽입하여 두는 것으로 문제가 해결된다.
특히 적층 구조물의 두께가 변하는 경우에도 삽입되는 위치에서의 복합적층 구조물의 두께와 길이가 같은 z-핀을 하부 치구의 구멍 속에 삽입하여 두는 것으로 문제가 해결된다. 둘째, 일회용 프리폼을 사용하지 않기 때문에, 성형후 잔재물을 제거할 필요가 없을 뿐만 아니라 일회용에 의한 재료의 낭비가 전혀 없다. 셋째, 기존의 오토클레이브 공정에 변화가 거의 없다.
둘째, 일회용 프리폼을 사용하지 않기 때문에, 성형후 잔재물을 제거할 필요가 없을 뿐만 아니라 일회용에 의한 재료의 낭비가 전혀 없다. 셋째, 기존의 오토클레이브 공정에 변화가 거의 없다. 즉, 기존의 오토클레이브 공정이 정확히 그대로 유지되면서 단지 상하부 치구 세트를 마치 컬 플레이트(curl plate)처럼 적층된 프리프레그의 위에 두고 성형하기만 하면 된다.
즉, 기존의 오토클레이브 공정이 정확히 그대로 유지되면서 단지 상하부 치구 세트를 마치 컬 플레이트(curl plate)처럼 적층된 프리프레그의 위에 두고 성형하기만 하면 된다. 넷째, 일단 치구 세트가 제작되면 넓은 면적이라도 오토클레이브 성형 작업과 동시에 단번에 z-핀 삽입작업이 가능하다.
시제작된 z-피닝 복합적층판 시편의 내충격 특성을 시험평가하고, 이를 일반 복합적층판 시편과 비교하였다. 비교 결과 z-피닝 시편들의 경우에 충격손상의 크기가 확실히 작게 나타나고 있음을 확인할 수 있었다.
저자는 본 연구를 통하여 제시된 z-피닝 신개념이, 기존의 z-피닝 기술에 비하여 상대적으로 양산에 적용하기 매우 적합한, 생산성이 뛰어난 기술인 것으로 판단하고 있다. 따라서 향후 지속적인 연구를 통하여 새로운 z-피닝 기술의 실용화에 필요한 세부 요소기술들을 개발 확보할 필요가 있는 것으로 생각한다.

후속연구

본 연구에서는 z-피닝 시편의 성능을 확인하기 위하여 먼저 일반시편과의 성능 비교를 수행하였다. 향후에는 일반시편과의 비교 뿐만 아니라 타 z-피닝 기술로 제작된 시편과도 성능 비교를 수행할 필요가 있다.
저자는 본 연구를 통하여 제시된 z-피닝 신개념이, 기존의 z-피닝 기술에 비하여 상대적으로 양산에 적용하기 매우 적합한, 생산성이 뛰어난 기술인 것으로 판단하고 있다. 따라서 향후 지속적인 연구를 통하여 새로운 z-피닝 기술의 실용화에 필요한 세부 요소기술들을 개발 확보할 필요가 있는 것으로 생각한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	z-피닝 복합적층 구조물에서 z-핀이라는 용어가 사용되는 이유는?	Photograph of typical z-pin and z-pins inserted into prepreg composite laminate. 표계를 설정하는 경우에 두께 방향을 z-방향으로 설정하기 때문에 두께 방향으로 핀이 박힌다는 의미에서 ‘z-핀’이라는 용어가 사용되고 있다.
	항공기 구조 어떤 형태의 구조물로 설계되는가?	항공기 구조는 경량화를 위하여 주로 쉘이나 판 형태의 구조물로 설계되고 있으며, 중요한 하중 전달이 판의 면내(in-plane) 응력의 형태로 전달된다. 항공기 구조로 복합재료를 사용하는 경우에도, 해당 구조물이 받는 여러 성분의 면내 응력의 전달에 가장 효율적인 적층순서를 분석하여, 주로 일방향 프리프레그를 다양한 각도로 적층한 후, 오토클레이브로 성형하는 방법으로 복합적층 구조물을 제작하고 있다.
	복합적층 구조물 큰 층간 응력은 언제 발생하게 되는가?	복합적층 구조물은 두께 방향의 각 층별로 적층각이 변함에 따라 층과 층 사이에서 층간 응력이 발생할 수 있다. 특히 면내 방향이 아닌 면외 방향으로부터하중을 받는 경우에, 즉 외부 물체로부터 충격하중을 받는 경우에, 큰 층간 응력이 발생하게 된다. 그러나 복합적층판의 두께 방향으로는 아무런 보강섬유가 존재하지 않고, 단지 기지(matrix) 재료에 의하여 층과 층이 접착되어 있기 때문에 쉽게 층간분리(delamination)가 발생할 수 있다.

참고문헌 (6)

Mouritz, A. P. “Review of Z-pinned Composite Laminates”, Composite: Part A, Vol. 38, 2007, pp. 2383-2397.

상세보기
Dickinson, L. C., Farley, G. L. and Hinders, M. K. “Translaminar Reinforced Composites: A Review”, Journal of Composites Technology and Research, Vol. 21, Issue 1, 1999, pp. 3-15.

상세보기
Foster-Miller, Inc, “Composite Structure Reinforcement”, U.S. Patent 4808461, 1989.
Foster-Miller, Inc, “Method and System for Inserting Reinforcing Elements in a Composite Structure”, U.S. Patent 5589015, 1996.
Patridge, I. K., Cartie, Denis D. R. and Bonnington, T. “Manufacture and Performance of Z-Pinned Composites”, Advanced Polymeric Materials, edited G. o. Shonaike et al., CRC Press, 2003, pp. 103-138.
국내외 특허출원 및 심사 진행중.

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 새로운 z-피닝 기술로 제작된 복합적층판의 내충격 특성
Impact Resistance of Composite Laminates Manufactured by New z-Pinning Technique 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 새로운 z-피닝 기술로 제작된 복합적층판의 내충격 특성 Impact Resistance of Composite Laminates Manufactured by New z-Pinning Technique 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

최익현 (11) 안석민 (24) 염찬홍 (16) 황인희 (28) 이대성 (34)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 새로운 z-피닝 기술로 제작된 복합적층판의 내충격 특성
Impact Resistance of Composite Laminates Manufactured by New z-Pinning Technique 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문