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고온습도 및 저온 환경이 복합재 접착 체결부 강도에 미치는 영향 연구
Hygrothermal Effect on the Strength of Carbon/Epoxy Composite Single-Lap Bonded Joints 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.38 no.2, 2010년, pp.119 - 128  

송민규 (경상대학교 대학원 항공우주공학과) ,  권진회 (경상대학교 항공기부품기술연구소) ,  최진호 (경상대학교 항공기부품기술연구소) ,  김효진 (한국폴리텍 항공대학 항공정비과) ,  송민환 (한국항공우주산업(주)) ,  신상준 (한국항공우주산업(주)) ,  변재현 (경상대학교 산업시스템공학부)

초록

본 논문에서는 다양한 방법으로 제작된 복합재 접착 체결부의 강도에 대한 온도 및 습도 환경의 영향을 연구하였다. 시편은 두 가지 종류의 일체성형 방법 외에 동시접착 및 이차접착 등 총 네 가지 방법으로 제작하였고, 상온건조, 고온습도 및 저온건조 환경 등 세 가지 환경에서 강도시험을 수행하였다. 전체적으로 고온습도 환경에서의 파손강도가 상온 환경에 비해 11~23% 가량 높게 나타났고, 저온 환경에서의 파손강도는 동시접착 체결부를 제외하고는 8~21% 가량 상온 강도보다 낮게 나타났다. 시험 환경에 따른 체결부의 강도 차이는 환경에 따른 접착제의 물성 변화가 주 원인인 것으로 분석되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The hygrothermal effect on the strength of composite single-lap bonded joints were investigated. The specimens were manufactured in four different manufacturing methods and tested in three different environmental conditions. An interesting result is that the strengths of the joints in the elevated t...

주제어

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문제 정의

  • 앞의 시험에서 접착제의 열화가 복합재 모재의 층간분리를 지연시키는 효과가 있는 것으로 추측하였다. 따라서 본 연구에서는 접착제에 대한 재료시험을 통해 환경에 따른 재료특성의 열화 정도를 파악하고, 재료의 열화가 복합재의 층간분리 파손에 미치는 영향을 유한요소해석으로 연구하였다.
  • 따라서 본 해석에서는 접착제 내부에서의 응력 대신 접착제와 인접한 모재의 최초 45°층에서의 두께방향 응력 σZ를 살펴보았다.
  • 본 논문에서는 복합재 접착 체결부 강도에 대한 온도 및 습도환경의 영향을 시험적으로 연구하였다. 상온건조(RTD), 고온습도(ETW) 및 저온건조(CTD)의 세 가지 환경에서 제작방법을 달리한 네 종류(CCN, CCA, SEB, COB)의 체결부에 대한 시험을 수행하였다.
  • 저자들은 선행 연구[19]에서 복합재 접착 체결 부의 제작방법이 체결부의 강도에 미치는 영향을 연구하여 보고한 바 있다. 본 논문은 앞선 연구의 후속 연구로서, 서로 다른 네 가지 방법으로 제작된 복합재 접착 체결부의 강도가 온도 및 습도 환경에 따라 어떻게 달라지는지를 시험적으로 연구하였다. 시편은 두 가지 종류의 일체성형(cocure) 방법 외에 동시접착(co-bonding) 및 이차접착(secondary bonding) 등 총 네 가지 방법으로 제작하였고, 상온건조(RTD, Room Temperature & Dry), 고온습도(71℃, 수분포화, ETW, Elevated Temperature & Wet) 및 저온건조(-54℃, CTD, Cold Temperature & Dry) 등 세 가지 환경에서 강도시험을 수행하였다.

가설 설정

  • 무게 측정시 표면습기는 상온에서 6기압의 에어건으로 1분간 제거하였다. 7일 간격으로 수분율을 측정하고, 연속으로 측정한 두 번의 수분율 차이가 0.05% 이내에 들어오면 포화된 것으로 가정한다[20]. 각 시편의 수분율 변화 추이는 Fig.
  • 12에 제시하였다. Fenske 등[25]의 연구 결과를 바탕으로 층간층의 두께는 직교이방성층 두께의 1/10로 가정하였다. 사용한 유한요소 프로그램은 MSC.
  • 11에 모재와 접착제 모두 3차원 고체요소를 사용하여 모델링한 이차접착 단일겹침 체결부에 대한 유한요소모델을 보였다. 유한요소해석을 위해 복합재 모재는 보강섬유와 기지로 구성된 직교이방성(orthotropic) 층과, 층과 층 사이의 등방성 기지층(isotropic interply resin layer)의 조합으로 가정하였다. 직교이방성층과 등방성 층간 층의 개념은 Fig.
  • 재료시험기는 Instron 8801를 사용하였고, 시험온도는 상온, 71℃, -54℃ 이다. 하중은 ASTM D5868-01을 참고하여 변위제어로 분당 1.3 mm의 속도로 가하였다. 시험에 사용한 환경챔버는 액화 이산화탄소를 기화하여 온도를 낮추는 방식을 사용하는 Instron 3119-409이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
복합재료의 접합을 위해 일반적으로 사용되는 방법은? 복합재료의 접합을 위해서는 일반적으로 기계적 체결과 접착 체결의 두 방법이 사용된다. 기계적 체결에서는 볼트나 리벳 혹은 핀 등을 사용하게 되고, 체결재의 설치를 위해 구멍을 뚫게 된다.
항공기 등의 주구조물에 기계적 체결방법이 많이 사용되는 이유는? 이러한 체결재 구멍이 응력집중을 일으키는 원인이 된다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 그럼에도 불구하고 항공기 등의 주구조물에 기계적 체결방법이 많이 사용되는 것은 분해조립이 용이하고 손상의 진행이 점진적이기 때문이다. 반면에, 접착방식의 가장 큰 강점은 응력집중을 줄일 수 있고, 체결재로 인한 무게를 절감할 수 있다는 것이다.
기계적 체결에서 체결재 설치를 위한 구멍으로 발생하는 문제는? 기계적 체결에서는 볼트나 리벳 혹은 핀 등을 사용하게 되고, 체결재의 설치를 위해 구멍을 뚫게 된다. 이러한 체결재 구멍이 응력집중을 일으키는 원인이 된다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 그럼에도 불구하고 항공기 등의 주구조물에 기계적 체결방법이 많이 사용되는 것은 분해조립이 용이하고 손상의 진행이 점진적이기 때문이다.
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참고문헌 (27)

  1. Shin, K. C., Lee, J. J., Lee, D. G., "A study on the lap shear strength of a co-cured single-lap joint", International Journal of Adhension and Adhesives, Vol. 14, 2000, pp. 123-139. 

  2. Li. G., Pang, S. S., Woldesenbet, E., Stubblefield, M. A., Mensah, P. F., Ibekwe, S. I., "Investigation of prepreg bonded composite single lap joint", Composites: Part B Engineering Vol. 32, 2001, pp. 651-658. 

  3. Kayupov, M., Dzenis, Y. A., "Stress concentration caused by bond cracks in single-lap adhesive composite joints", Composite Structures, Vol. 54, 2001, pp. 215-220. 

  4. Avila, A. F., Bueno, P. O., "An experimental and numerical study on adhesive joints for composites", Composite Structures, Vol. 64, 2004, pp. 531-537. 

  5. Kim, K. S., Yoo, J. S., Yi, Y. M., Kim, C. G., "Failure mode and strength of uni-directional composite singe lap bonded joints with different bonding methods", Composite Structures, Vol. 72, 2005, pp. 477-485. 

  6. Seong, M. S., Kim, T. H., Nguyen, K. H., Kweon, J. H., Choi, J. H., "A parametric study on the failure of bonded single-lap joints of carbon composite and aluminum", Composite Structures, Vol. 86, 2008, pp. 135-145. 

  7. Delasi, R., Whiteside, J. B., "Effect of moisture on epoxy resins and composites", Advanced composite materials-environmental effects, ASTM STP No. 658, Philadelphia, U.S.A., 1978, pp. 2-20 

  8. Ishai, O., Arnon, U., "Instantaneous effect of internal moisture conditions on strength of glass-fiber-reinforced plastics", Advanced composite materials-environmental effects, ASTM STP 569, Philadelphia, U.S.A., 1978, pp. 267-276. 

  9. Liao, K., Schultheisz, C. R., Hunston, D. L., "Effects of environmental aging on the properties of pultruded GFRP", Composite: Part B, Vol. 30, 1999, pp. 485-493. 

  10. Suh, D. W., Ku, M. K., Nam, J. D., "Equilibrium water uptake of epoxy/carbon fiber composites in hygrothermal environmental conditions", Journal of Composite materials, Vol. 35, 2001, pp. 264-278. 

  11. Walker, S. P., "Thermal effect on the compressive behavior of IM7/PET15 Laminates", Journal of Composite materials, Vol. 38, 2004, pp. 149-162 

  12. Shimokawa, T., Kakuta. Y., Hamaguchi, Y., Aiyama, T., "Static and fatigue strength of a G40-800/5260 carbon fiber/Bismaleimide composite material at room temperature and 150 ${^{\circ}C}$ ", Journal of Composite Materials, Vol.42, 2008, pp. 655-679. 

  13. Bismarck. A., Hofmeier. M., Dorner. G., "Effect of hot water immersion on the performance of carbon reinforced unidirectional poly(ether ether ketone)(PEEK) composites: Stress rupture under end-loaded bending", Composites: Part A, Vol. 38, 2007, pp. 407-426. 

  14. Kim, H. Y., Park, Y. H., You, Y. J., Moon, C. K., "Short-term durability test for GFRP rods under various environmental conditions", Composite Structures, Vol. 83, 2008, pp. 37-47. 

  15. Parker. B. M., "Some effects of moisture on adhesive-bonded CFRP-CFRP joints", Composite Structures, Vol. 6, 1986, pp. 123-139. 

  16. Parker B. M., "The strength of bonded carbon fibre composite joints exposed to high humidity", International Journal of Adhension and Adhesives, Vol. 10, 1990, pp. 187-191. 

  17. Ashcroft, I. A., Hughes, D. J., Shaw, S. J., "Adhesive bonding of fiber reinforced polymer composite materials", Assembly Automation, Vol. 20, 2000, pp. 150-161. 

  18. Zhang. Y., Vassilopoulos, A. P., Keller, "Environmental effects on fatigue behavior of adhesively-bonded pultruded structure joints", Composites Science and Technology, Vol. 69, 2009, pp. 1022-1028. 

  19. 송민규, 권진회, 최진호, 김효진, 송민환, 신상준, “항공용 복합재 단일겹침 접착 체결부의 제작공정에 따른 강도 연구”, 한국항공우주학회지, 제37권 제8호, 2009, pp. 751-758. 

  20. ASTM D5229, "Standard test method for moisture absorption properties and equilibrium conditioning of polymer matrix composite materials". 

  21. MIL-HDBK-17-1F. Volume 1. Polymer matrix composites guidelines forcharacterization of structure materials. 

  22. Tomblin, J., Seneviratne, W., "Laminate statistical allowable generation for fiber-reinforced composite materials; Lamina Variability Method", DOT/FAA/AR-06/53, 2009. 

  23. 김광수, 이영무, 김천곤, "일방향 복합재료 single lap 접합 조인트의 파손 강도 II", 복합재료학회지, 제18권 제1호, 2005, pp. 1-9. 

  24. FM 300 High-Shear Strength Modified Epoxy Film Adhesive Datasheet. 

  25. Fenske, M. T. and Vizzini, A. J., "The inclusion of in-plane stresses in delamination criteria", Journal of Composite Science and Technology, Vol. 35, 2001, pp. 1325-1342. 

  26. Ye, L., "Role of matrix resin in delamination onset and growth in composite laminates", Journal of Composite Science and Technology, Vol. 33, 1988, pp. 257-277. 

  27. Nguyen, K. H., Kweon, J. H. and Choi, J. H., "Failure Load Prediction by Damage Zone Method for Single-lap Bonded Joints of Carbon Composite and Aluminum", Journal of Composite Materials, Vol. 43, No. 25, 2009, pp. 3031-3056. 

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