본 연구에서는 탄소/에폭시 복합재 단일겹침 접착체결부의 염수 수분율이 체결부의 강도 및 파손모드에 미치는 영향을 연구하였다. 시편은 이차접착 방식으로 제작하였고, $71^{\circ}C$, 3.5% 염수환경에서 수분율 0, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0%(포화상태)를 갖도록 노출시켰다. 수분율별 시편은 각 8개씩이고, 두 종류의 시험환경을 고려하여 총 80개의 시편에 대한 시험을 수행하였다. 시험결과 복합재 체결부의 강도는 수분율이 2%(포화상태)에 도달하면 감소하지만 그 이전 과도상태(약 1% 근처까지)에서는 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 또한 수분율 1%까지는 고온 환경에서의 강도가 상온 강도보다 2~5% 가량 높게 나타났다. 그러나 수분 포화된 고온 환경 체결부의 강도는 상온 강도 대비 약 5% 가량 저하되는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 탄소/에폭시 복합재 단일겹침 접착체결부의 염수 수분율이 체결부의 강도 및 파손모드에 미치는 영향을 연구하였다. 시편은 이차접착 방식으로 제작하였고, $71^{\circ}C$, 3.5% 염수환경에서 수분율 0, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0%(포화상태)를 갖도록 노출시켰다. 수분율별 시편은 각 8개씩이고, 두 종류의 시험환경을 고려하여 총 80개의 시편에 대한 시험을 수행하였다. 시험결과 복합재 체결부의 강도는 수분율이 2%(포화상태)에 도달하면 감소하지만 그 이전 과도상태(약 1% 근처까지)에서는 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 또한 수분율 1%까지는 고온 환경에서의 강도가 상온 강도보다 2~5% 가량 높게 나타났다. 그러나 수분 포화된 고온 환경 체결부의 강도는 상온 강도 대비 약 5% 가량 저하되는 것으로 나타났다.
The effect of moisture contents by salt water on the strength of composite single-lap bonded joints is investigated. The specimens were manufactured in an autoclave by secondary bonding and immersed in the 3.5% salt water of $71^{\circ}C$ for different durations to get various moisture co...
The effect of moisture contents by salt water on the strength of composite single-lap bonded joints is investigated. The specimens were manufactured in an autoclave by secondary bonding and immersed in the 3.5% salt water of $71^{\circ}C$ for different durations to get various moisture contents; 0, 0.2, 0.5, 1.0, and 2.0%(saturation). A total of 80 joint specimens were tested for 5 different moisture contents and 2 temperature environments. Test results show that while the joint strengths after the saturation of moisture decrease compared to those of dry ones, the strengths of the pre-saturated joint up to 1.0% of moisture content increase in both room and elevated temperature conditions. It is also shown that the strengths of joints tested in elevated temperature are slightly higher than the strength in room temperature by 2-5% until the moisture content reaches 1 %. In contrast, the high temperature strength of the saturated joint is about 5% lower than the room temperature strength.
The effect of moisture contents by salt water on the strength of composite single-lap bonded joints is investigated. The specimens were manufactured in an autoclave by secondary bonding and immersed in the 3.5% salt water of $71^{\circ}C$ for different durations to get various moisture contents; 0, 0.2, 0.5, 1.0, and 2.0%(saturation). A total of 80 joint specimens were tested for 5 different moisture contents and 2 temperature environments. Test results show that while the joint strengths after the saturation of moisture decrease compared to those of dry ones, the strengths of the pre-saturated joint up to 1.0% of moisture content increase in both room and elevated temperature conditions. It is also shown that the strengths of joints tested in elevated temperature are slightly higher than the strength in room temperature by 2-5% until the moisture content reaches 1 %. In contrast, the high temperature strength of the saturated joint is about 5% lower than the room temperature strength.
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문제 정의
대부분의 경우 포회상태 이전, 즉 과도상태 수분율의 영향을 받게 된다. 따라서 본 연구에서는 서로 다른 시간동안 염수 환경에 노출된 탄소/에폭시 단일겹칩 접착체결부의 강도가 온도 및 수분율 변화에 따라 어떻게 달라지는 지를 시험으로 연구하였다. 각 시편의 수분율은 0, 0.
가설 설정
수분율은 ASTM D5229[21]에 따라 식 (1)과 같이 계산되며, 연속적으로 측정한 수분율의 차이가 0.05% 이내에 들어오면 포화된 것으로 가정한다[22]. 수분율 변화 추이는 Fig.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 서로 다른 시간동안 염수 환경에 노출된 탄소/에폭시 단일겹칩 접착체결부의 강도가 온도 및 수분율 변화에 따라 어떻게 달라지는 지를 시험으로 연구하였다. 각 시편의 수분율은 0, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0% (포화상태)이고 두 종류의 시험환경(상온, 고온 : 7「C)을 고려하였다.
106 mm이다. 모든 시편은 오토클레이브를 이용하여 이차접착(secondary bonding) 방법으로 제작하였으며, 성형된 적층판을 접칙히기 전에 120번 사포와 아세톤으로 표면처리 작업을 수행하였다.
이렇게 하면 실제로 시편에 스며들지 않고 표면에 남아있는 미세한 수분의 무게를 제외하고 순수한 시편 속 수분의 무게만을 측정할 수 있게 된다. 수분율이 1%가 될 때까지 매일 무게를 측정하였고, 그 이후에는 7일 간격으로 측정하였다
수분율이 포화되기 전 체결부의 강도증가 원인이 접착제와 모재의 후경화(post-curing) 효과로 인한 것인지를 확인하기 위해 수분 없이 온도만 동일한 조건을 유지하여 같은 시간 동안 챔버에 보관한 후 강도시험을 수행하였다. 그러나 보관 시간에 따른 의미 있는 강도 차이를 발견하지 못하였으며, 이는 강도 증가가 복합재료나 접착제의 후경화 효과로 인한 것이 아님을 의미한다.
본 연구에서는 Toray사의 일방향 탄소.에폭시 프리프레그인 T700GC-12K-31E/#2510 복합재 단일겹칩 접착체결부 시편을 71°0, 3.5% 염수환경에서 서로 다른 시간동안 침수시킨 후 파손강도를 측정하였다. 상온과 고온 환경 시험 모두에서 수분율 1%까지는.
2 에 제시하였다. 장시간 염수에 노출된 침수 시편의 탭 부분에서 잘 일어나는 미끄러짐을 방지하기 위해 모든 시편은 침수 전 탭 부분에 다목적 고무코팅제인 PERFORMIX사의 PLASTI DIP 페인트를 시용하여 빙수코팅 처리를 하였다. 시편의 흡습을 위해서 사용한 수조는 Fig.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 재료는 Toray사의 일빙향 탄소-에폭시프리프레고(prepreg)인 T700GC-12K-31E/#2510이고, 체결을 위한 접착제는 Henkel사의 EA9696 필름(技0℃ 오토클레이브 성형)을사용하였다. 복합재의 성형 후 한 층(ply)의 평균두께는.
4에 나타내었다. 수분율 측정에 사용된 저울은 AND사의 GX400제품이며 1/1000 g까지 측정 가능하다. Fig.
시편의 형상은 Fig. 1에서 보인 비와 같고, ASTM D5865-01 [20]을 참고하여 제작하였다. 시편의 폭과 겹침 길이는 25.
장시간 염수에 노출된 침수 시편의 탭 부분에서 잘 일어나는 미끄러짐을 방지하기 위해 모든 시편은 침수 전 탭 부분에 다목적 고무코팅제인 PERFORMIX사의 PLASTI DIP 페인트를 시용하여 빙수코팅 처리를 하였다. 시편의 흡습을 위해서 사용한 수조는 Fig. 3에 보였고, 온도 제어가 가능한 JS RESEARCH사의 JSW&30T이다. 모든 시편은 염수환경에 노출하기 전에 7FC, 상대습도(RH) 0%의 챔버에서 무게변화가 없을 때까지 건조시킨 후, 다시 71°€, 3.
4 mm이다. 시험에 사용된 시편은, Table 1에 보인 바와 같이, 다섯 종류의 수분율(MC; Moisture Content)과 두 종류의 시험온도별로 각각 8개씩, 총 80개이다.
시험에 사용한 재료시험기는 Instrcn 5582이고 ASTM D3165를참고하여 분당 1.27 mm의 속도로 하중을 가하였다[23]. 시험 장치는 Fig.
시험용 시편과는 별도로 수분율 측정을 위한 트레블러 (traveler) 시편을 사용하였다. 트레블러 시편은 시험용 시편과 동일한 방법으로 동일한 형상을 갖도록 제작하되, 탭 부분만 잘라내고 사용한다.
150 mm이다. 적층판은 총 24층이고, 적층순서는 [45/이45/90^ 이다. 접착제 EA9696의 성형 후 평균두께는 0.
이론/모형
5에 보였다. 71℃ 고온시험에서는, AGATE 규격 [22]에 따라 시편을 환경챔버 속에서 시험온도인 71C까지 올린 후 3분 동안 유지시킨 다음 하중을 가하였다';
성능/효과
주된 파손모드 역시 접착제 파손이 아닌 층간분리 혹은 층내파손이다. 따라서 본 결과를 통해 수분율 1%까지는, 체결 부의 강도에 영향을 미치는 핵심인자는 접착제의 열화가 아니라는 분석이 가능하다.
온도조건의 측면에서는, 전반적으로 71/C에서의 강도가 상온 강도보다 2-5% 정도 높게 나타나지만 수분율이 2% 이상으로 증가하면 고온 강도가 오히려 더 낮게 나타났다. 상온 시험에서는 수분율과 무관하게 모두 복합재 모재에서 최종파손이 발생하였고, 고온 시험의 경우 수분율 1%까지는 복합재모재의 증간분리 혹은 증대파손이 주를 이루지만, 수분율이 2%가 되면 접착제 파손 및 계면파손이 크게 나타났다.
그러다가 충분한 시간(108일)이 지나 수분율이 포화상태에 도달하면, 파손강도는 오히려 상온과 고온에서 각각 16%와 24% 가량 감소하는 것을 볼 수 있다. 수분율에따른 파손강도의 변화를 종합해보면 수분율 1%가 건조한 상태 대비 체결부의 강도를 결정하는 기준이 될 수 있을 것으로 판단된다. 실시간으로 환산하면 구조물이 71耸의 염수에 18일 (수분율 1%) 동안 계속 침수되어 있을 경우 체결부의 강도가 침수 이전과 동일한 수준이 되고 그 이상의 침수에서는 건조한 시편 대비 강도가 더 낮아지게 됨을 의미한다.
시험 결과의 분산을 고려할 때 온도의 효과는 크지 않은 것으로 판단된다. 그러나 수분율 2%에서는 다른 경우에서와 달리 접착제의 열화가 심하여 (Fig.
접착체결부 강도에 대한.온도의 영향은 미미한 것으로 파악되었고, 접착제의 열화도 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 분석되었다. 따라서 복합재 체결부의 강도에 영향을 미치는 가장 중요한 요인은 수분이며 수분율에 따라 복합재층 간 분리가 적절히 지연되기도 하고 빨라지기도 하는 것으로 분석된다.
침수된 시편이 건조 시편보다 최고 13%와 10% 정도 높은 강도를 보이고, 수분율이 2%를 넘어갈 경우에는 16%와 24% 정도 강도가 저하됨을 확인하였다. 온도조건의 측면에서는, 전반적으로 71/C에서의 강도가 상온 강도보다 2-5% 정도 높게 나타나지만 수분율이 2% 이상으로 증가하면 고온 강도가 오히려 더 낮게 나타났다. 상온 시험에서는 수분율과 무관하게 모두 복합재 모재에서 최종파손이 발생하였고, 고온 시험의 경우 수분율 1%까지는 복합재모재의 증간분리 혹은 증대파손이 주를 이루지만, 수분율이 2%가 되면 접착제 파손 및 계면파손이 크게 나타났다.
상온과 고온 환경 시험 모두에서 수분율 1%까지는. 침수된 시편이 건조 시편보다 최고 13%와 10% 정도 높은 강도를 보이고, 수분율이 2%를 넘어갈 경우에는 16%와 24% 정도 강도가 저하됨을 확인하였다. 온도조건의 측면에서는, 전반적으로 71/C에서의 강도가 상온 강도보다 2-5% 정도 높게 나타나지만 수분율이 2% 이상으로 증가하면 고온 강도가 오히려 더 낮게 나타났다.
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