본 연구에서는 염수 침수 실험과 염수 분무 실험이라는 두 가지의 실험을 위그선의 구조재료로 사용될 3가지 다른 복합재료 시스템에 대해서 해수와의 접촉에 의한 물성저하를재현하기 위해 수행하였다. 140일간 염수환경하에서 노화시킨 후 탄소섬유 복합재료와유리섬유 복합재료의 인장, 압축, 전단 강성과 강도 및 층간 전단 강도를 측정하였다. 기본 물성파의 비교를 통해서 염수환경이 복합재료의 기계적 물성에 미치는 영향이 평가되었다. 실험을 통해 염수 분무환경과 침수 환경의 차이는 거의 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 탄소섬유 복합재료의 경우 인장 물성에 적은 손실이 발생한 반면 유리섬유 복합재료에서는 인장물성의 저하률이 탄소섬유 복합재료에 비해서 큼을 확인하였다. 그리고 모재 지배적 물성들의 큰 물성저하가 관찰되었다. 이를 통해, 염수는 복합재료의 섬유와 모재 사이의 계면을 퇴화시키고, 또한 모재 자체 물성과 유리섬유의 물성을 저하시킬 수 있음을 확인하였다.
본 연구에서는 염수 침수 실험과 염수 분무 실험이라는 두 가지의 실험을 위그선의 구조재료로 사용될 3가지 다른 복합재료 시스템에 대해서 해수와의 접촉에 의한 물성저하를재현하기 위해 수행하였다. 140일간 염수환경하에서 노화시킨 후 탄소섬유 복합재료와유리섬유 복합재료의 인장, 압축, 전단 강성과 강도 및 층간 전단 강도를 측정하였다. 기본 물성파의 비교를 통해서 염수환경이 복합재료의 기계적 물성에 미치는 영향이 평가되었다. 실험을 통해 염수 분무환경과 침수 환경의 차이는 거의 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 탄소섬유 복합재료의 경우 인장 물성에 적은 손실이 발생한 반면 유리섬유 복합재료에서는 인장물성의 저하률이 탄소섬유 복합재료에 비해서 큼을 확인하였다. 그리고 모재 지배적 물성들의 큰 물성저하가 관찰되었다. 이를 통해, 염수는 복합재료의 섬유와 모재 사이의 계면을 퇴화시키고, 또한 모재 자체 물성과 유리섬유의 물성을 저하시킬 수 있음을 확인하였다.
In this paper, two different experiments, namely, salt water spray and salt water immersion, were performed to reproduce the contact of composites with the seawater for three kinds of woven fabric composite material systems which would be used for the WIG(wing in ground effect)craft. After aging 140...
In this paper, two different experiments, namely, salt water spray and salt water immersion, were performed to reproduce the contact of composites with the seawater for three kinds of woven fabric composite material systems which would be used for the WIG(wing in ground effect)craft. After aging 140 days in the salt water environment, material properties of carbon/epoxy and glass/epoxy composite such as tensile, compressive and shear stiffness and strength, and inter-laminar shear strength (ILSS) were measured. By comparing baseline material properties with degraded ones, the effects of the salt water environment on the composite mechanical properties were evaluated. From the experiments, it was confirmed that the difference in aging conditions had very small influence on composite properties. And it was found that tensile strength of carbon/epoxy composites showed little degradation, but much more degradation was observed in glass/epoxy composites. And large degradations on matrix dominant properties were observed. The salt water could damage the fiber-matrix interface, matrix properties and the glass fiber.
In this paper, two different experiments, namely, salt water spray and salt water immersion, were performed to reproduce the contact of composites with the seawater for three kinds of woven fabric composite material systems which would be used for the WIG(wing in ground effect)craft. After aging 140 days in the salt water environment, material properties of carbon/epoxy and glass/epoxy composite such as tensile, compressive and shear stiffness and strength, and inter-laminar shear strength (ILSS) were measured. By comparing baseline material properties with degraded ones, the effects of the salt water environment on the composite mechanical properties were evaluated. From the experiments, it was confirmed that the difference in aging conditions had very small influence on composite properties. And it was found that tensile strength of carbon/epoxy composites showed little degradation, but much more degradation was observed in glass/epoxy composites. And large degradations on matrix dominant properties were observed. The salt water could damage the fiber-matrix interface, matrix properties and the glass fiber.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
140일은 기존의 논문에서 염수에 의해서 시편 내부에 수분 흡수율이 포화가 일어나는 시간 보다 충분히 긴 시간이며[7, 11-15], 포화 이후 충분한 노화가 진행되었을 것으로 사료되는 시간이다. 따라서 충분한 염수환경에의 노화 후 복합재료의 물성 저하를 평가 하기 위해서 140일간의 실험을 수행하였다. 실험은 염수 분무 시험기 내에서 수행되었으며 Fig.
본 연구에서는 WIG선의 구조재료로 사용될 3가지의 복합재료에 대해서 염수환경이 어떠한 영향을 미치는지 확인하였다. 그리고 염수 침수 환경과 염수 분무 환경에 의한 차이를 실험을 통해서 평가하였다.
본 연구에서는 염수환경이 WIG선의 구조재료로선정된 3 가지 복합재료에 미치는 영향을 알아 보기 위해 140일 동안 염수 환경에 노화시키는 실험을 수행하였다. 또한 염수 분무환경과 염수 침수 환경의 차이를 보기 위해 동일한 소금물과 동일한 온도 조건하에서 같은 시간 동안 노화를 진행하여 실험을 통해 결과를 얻었다.
제안 방법
각 재료에 대해서 기본 물성 시험을 수행하였고, 140일간의 염수 분무 시험과 염수 침수 시험을 마친 시편에 대해서도 각각 물성 시험을 수행하였다. 각 시험은 앞서 언급한 각 ASTM에 따라 수행하였으며, 각 시험마다 7개의 시편을 사용하였으며, 그 중에서 5개를 선택하여 데이터 처리를 하여 재료의 물성을 획득하였다.
확인하였다. 그리고 염수 침수 환경과 염수 분무 환경에 의한 차이를 실험을 통해서 평가하였다.
노화된 시편의 시험을 수행하기에 앞서 물성저하에 미치는 큰 인자 중 하나인 수분 흡수율을 각 시편에 대해서 측정하였으며, 수분율 측정에는 l/10000g까지 측정이 가능한 AND 사의 HM-200 고정밀 저울을 사용하였다. Table 2는 수분 흡수율측정 결과이며, 염수 분무와 염수 침수 환경의 차이에 의한 수분 흡수율의 차이는 거의 없음을 알 수 있다.
노화시키는 실험을 수행하였다. 또한 염수 분무환경과 염수 침수 환경의 차이를 보기 위해 동일한 소금물과 동일한 온도 조건하에서 같은 시간 동안 노화를 진행하여 실험을 통해 결과를 얻었다.
염수 침수와 염수 분무의 효과의 차이를 알아보기 위해 염수 침수 실험을 동시에 수행하였다. 두실험은 모두 동일한 온도 조건과 염수를 사용하였으며, 유일한 차이점은 침수와 분무의 차이만을 두었다.
염수를 모사하기 위해 5%의 소금물을 사용하였으며’ 분무 시온도 환경은 35℃를 유지하였다. 이상과 같은 환경에서 시편을 140일 동안 노화시키는 실험을 수행하였다. 140일은 기존의 논문에서 염수에 의해서 시편 내부에 수분 흡수율이 포화가 일어나는 시간 보다 충분히 긴 시간이며[7, 11-15], 포화 이후 충분한 노화가 진행되었을 것으로 사료되는 시간이다.
대상 데이터
물성 시험을 수행하였다. 각 시험은 앞서 언급한 각 ASTM에 따라 수행하였으며, 각 시험마다 7개의 시편을 사용하였으며, 그 중에서 5개를 선택하여 데이터 처리를 하여 재료의 물성을 획득하였다.
본 연구에서는 3가지의 다른 평직(plain weave) 직조 복합재료가 사용되었다. 탄소섬유 복합재료로서 CF663epoxy와 HPW193/epoxy 가 사용되었으며, 유리섬유 복합재료로서 #7628/epoxy가 사용되었다.
각 복합재료에 대해서 기지재료로서 내충격성을 강화시킨 에폭시 재료인 RS1222가 동일하게 사용되었다. 실험에 사용된 복합재료는 한국화이바에서 제조되었다.
염수를 모사하기 위해 5%의 소금물을 사용하였으며’ 분무 시온도 환경은 35℃를 유지하였다. 이상과 같은 환경에서 시편을 140일 동안 노화시키는 실험을 수행하였다.
인장시편의 경우 탭이 있으면 탭을 붙이는 부분의 고분자 접착제가 염수환경에 의해 약화되어 슬립이 발생할 수 있기 때문에, 탭이 없는 독본 형태의 시편을 ASTM A37O, B557 을 사용하여 제작하였고, 압축시편의 경우도 마찬가지로 독본 형태의 시편을 사용하는 ASTM D695에 의거하여 시편을 제작하였다. 실제로 이러한 독본형태의 시편들이 섬유 강화복합재료의 환경 실험에서 위와 같은 문제로 인해 사용되고 있다[7-10}.
사용되었다. 탄소섬유 복합재료로서 CF663epoxy와 HPW193/epoxy 가 사용되었으며, 유리섬유 복합재료로서 #7628/epoxy가 사용되었다. 각 복합재료에 대해서 기지재료로서 내충격성을 강화시킨 에폭시 재료인 RS1222가 동일하게 사용되었다.
실제로 이러한 독본형태의 시편들이 섬유 강화복합재료의 환경 실험에서 위와 같은 문제로 인해 사용되고 있다[7-10}. 평면 전단 시험 시편과 층간 전단 시험 시편은 ASTM A5379와 D2344를 각각 사용하였으며, Fig. 1은 각 시험에 사용된 시편의 형상이다.
이론/모형
ASTM B117에 의거하여 염수 분무 실험을 수행하였다. 염수를 모사하기 위해 5%의 소금물을 사용하였으며’ 분무 시온도 환경은 35℃를 유지하였다.
성능/효과
1) 실험결과 염수 침수와 염수 분무 실험 후 수분 흡수율 이두 가지 경우에 대해서 거의 차이가 거의 없음을 확인하였고, 물성 시험결과로도 분무 환경과 침수 환경의 차이가 미미함을 확인하였다.
2) 모재 지배적 물성인 평면 전단 강성과 강도의 경우 물성이 크게 저하됨을 확인하였다.
3) 강성에 있어서 섬유지배적 물성인 인장강성과 압축강성은 염수환경에 의해서 거의 영향을 받지 않음을 확인하였다. 반면 강도 부분에서는 인장강도의 경우 탄소섬유를 사용한 두 재료에서는 인장강도의 저하가 거의 나타나지 않은 반면 유리섬유를 사용한 경우 염수환경에 의해 강도가 큰 폭 저하됨을 확인하였다.
4) 압축강도의 경우 3가지 재료에 대해서 공통적으로 큰 폭으로 저하되었으며, 이는 섬유와 모재 사이의 계면 강도가 염수환경에 의해 저하되었기 때문이다.
결과적으로 염수환경에 의해서 복합재료의 모재 물성이 크게 저하됨을 확인하였고, 또한 탄소섬유와는 달리 유리섬유의 경우 염수환경에 의해 강도가 저하될 수 있음을 확인하였다. 또한 염수환경에 의해 섬유와 모재 사이의 계면 강도가 크게 저하됨을 확인하였다.
또한 염수환경에 의해 섬유와 모재 사이의 계면 강도가 크게 저하됨을 확인하였다.
확인하였다. 반면 강도 부분에서는 인장강도의 경우 탄소섬유를 사용한 두 재료에서는 인장강도의 저하가 거의 나타나지 않은 반면 유리섬유를 사용한 경우 염수환경에 의해 강도가 큰 폭 저하됨을 확인하였다. 이는 탄소 섬유와는 다르게 유리 섬유가 염수에 영향을 받아 섬유물성이 저하되었기 때문이다.
7에서 보이고 있다. 우선인장 강도의 경우 탄소 섬유를 사용한 CF6638/RS1222와 HPW193/RS1222는 강도 저하가 거의 나타나지 않음을 확인하였다. 이는 강성의 경우와 마찬가지로 섬유 지배적 물성이며, 탄소섬유가 염수환경에 의해서 영향을 받지 않았음을 보여준다.
인장의 경우 계면에서 디본딩 현상이 발생하더라도 섬유 자체만으로도 인장 하중을 견딜 수 있어 물성저하가 크지 않은 반면, 섬유자체만으로 압축 하중은 견딜 수 없기 때문에 똑같은 계면강도의 저하로 인한 디본딩이 생기더라도 압축강도의 경우 그 효과가 크게 나타난 것이다. 평면 전단 강도는 3가지 재료에 대해서 모두 큰 저하 폭을 보였으며, 특히 CF6638/RS1222의 경우가 13%정도로 다른 재료에 비해 큰 폭 저하됨을 확인하였다.
후속연구
이런 위그선의 특성을 극대화하기 위해 위그선체의 경량화가 무엇보다 우선으로 고려되어야 하므로, 선체의 무게틀 획기적으로 감소시킬 수 있는 복합재료의 주구조물로서의 적용이 요구된다. 또한 해수에 노출되는 운영환경 하에서의 선체 구조물로 부식에 취약한 금속채료보다는 내부식성이 강한 복합재료를 사용하는 것이 안정성을 중대시킬 수 있을 것이다. 하지만 복합재료를 위그선에 바로 적용하기 보다는 그 운용환경인 염수환경에 의한 복합재료의 물성 변화에 관한 연구가 우선적으로 필요하다.
참고문헌 (17)
윤성호, "염수환경에 노출된 유리섬유직물/페놀 복합재의 내구성 평가" 한국복합재료학회지, 제 18권, 제4호, 2005, pp. 27-34.
Zaki Ahmad, and B. J. Abdul Aleem, "Corrosion Behavior of a Discontinuously Reinforced Composite in Salt Water Environment," Reinforced Plastics and Composites, Vol. 25, 2006, pp. 1507-1517.
K. Liao, C.R. Schultheisz, and D.L. Hunston, "Effects of Environmental Aging on the Properties of Pultruded GFRP," Composites, Vol. 30, 1999, pp. 485-493.
Houssam A. Toutanji, "Durability Characteristics of Concrete Columns Confined with Advanced Composite Materials," Composite Structures, Vol. 44, 1999, pp. 155-161.
C. Wang, Y. D. Huang, H. Y. Xv, W. B. Liu, "The durability of adhesive/carbon - carbon composites joints in salt water," International Journal of Adhesion & Adhesives, Vol. 24, 2004, pp. 471-477.
S. K. Rege, S. C. Lakkad, "Effect of Salt Water on Mechanical Properties of Fibre Reinforced Plastics," Fibre Science and Technology, Vol. 19, 1983, pp. 317-324.
K. Komai, K. Minoshima, "Tensile and fatigue fracture behavior and water-environment effects in a SiC-whisker/ 7075-aluminum composite," Composites Science and Technology, Vol. 46, 1993, pp. 59-66.
Catherine A. Wood, Walter L. Bradley, "Determination of the effect of seawater on the interfacial strength of an interlayer E-Glass/Graphite/Epoxy composite by in situ observation of transverse cracking in an environmental SEM," Composites Science and Technology, Vol. 57, 1997, pp. 1033-1043.
Zaki Ahmad, B. J. Abdul Aleem, "Degradation of aluminum metal matrix composites in salt water and its control," Materials and Design, Vol. 23, 2002, pp. 173-180.
A.M. Visco, L. Calabrese, P. Cianciafara, "Modification of polyester resin based composites induced by seawater absorption," Composites: Part A, Vol. 39, 2008, pp. 805-814.
K.V. Arun, S. Basavarajappa, B.S. Sherigara, "Damage characterisation of glass/textile fabric polymer hybrid composites in sea water environment," Materials and Design. Vol. 31 2010. pp. 930-939
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.