선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구는 복합소재를 이용할 경우 소재에 대한 미세 손상 여부를 감지하는 전기저항 측정법에 대한 연구를 진행 하였다. 전기저항을 이용하는 평가방법이므로, 차량용 소재로 활용하는 PP 소재에 CNT 0.
- 본 연구에서는 자동차 내외장재용으로 사용되는 PP에 전도성을 부여하기 위한 방법으로 탄소나노튜브(CNT)를 사용하여 CNT-PP 복합재료를 제조하였다. 전도성을 가지는 CNT-PP를 사용하여 전기저항 측정법을 이용한 내부 손상 감지 평가방법에 대한 연구를 진행하였다.
제안 방법
- 미세 손상 감지를 위해 측정 구간을 6구간으로 나누어 실험을 진행하였다. 20o 휘어진 원형 CNT-PP 시편에 대해서 30회의 동적 압축 실험 중에 확인되는 응력 평가와 전기저항 변화도 평가를 진행하여 손상 여부를 평가하였다. 동적 압축 하중 실험을 끝낸 뒤, 전기저항 변화도를 구간별로 비교해 볼 경우 0.
- 이러한 모델을 기초로 압축하중에 의한 전기저항 변화도를 분석하는 동적 압축 실험을 진행하였다. UTM(Lloid Co., 영국) 장비를 이용하여 실험을 진행하였으며, 동적 압축 하중 실험의 횟수는 30회로 설정하였다. 실험 속도는 1 mm/분으로 진행하였다.
- 5 mm/분의 속도로 실험을 진행하며 균열이 진행된 초기 구간을 확인하였다. 궁극적 으로 실제 파괴가 발생된 구간과 전기저항 측정법으로 미세 손상이 예상되는 구간을 비교하였다. 비교 결과를 이용 하여 본 손상 예측 평가 방법에 대한 정확도를 확인하였다.
- 1초 간격으로 전기저항 신호를 확보하였다. 동적 피로 실험에 따른 6구간의 전기저항 변화도 결과를 정리하였다. 전기저항 변화도를 계산하는 식은 다음과 같다[14].
- 시편의 표면에 구리선을 삽입하는 방법보다 시편 내부에 구리선을 삽입하여야 부피저항을 측정하여 더 정확한 평가가 된다. 따라서 CNT-PP 팔렛을 이용한 사출 성형이 아닌 오토클레이브를 이용한 멜팅 성형을 시도하였다. Fig.
- 5 wt%를 이용하여 CNTPP 복합재료를 제조하였다. 미세 손상 감지를 위해 측정 구간을 6구간으로 나누어 실험을 진행하였다. 20o 휘어진 원형 CNT-PP 시편에 대해서 30회의 동적 압축 실험 중에 확인되는 응력 평가와 전기저항 변화도 평가를 진행하여 손상 여부를 평가하였다.
- 오토클레이브에서 180℃ 조건으로 40분간 고온 고압 경화를 시켰다. 시편에 부착된 구리선을 멀티미터에 연결하여 구간별로 전기 신호를 관찰 할 수있도록 했다. Fig.
- 전도성을 가지는 CNT-PP를 사용하여 전기저항 측정법을 이용한 내부 손상 감지 평가방법에 대한 연구를 진행하였다. 원형에 지름을 기준으로 20o 휘어진 직경 18 cm의 원형 시편을 이용하여 동적 압축 하중에 따른 손상 부위를 예측하는 연구를 하였다. 압축하중에 따른 재료 내부 손상 여부를 구간별 전기 저항 변화도로 감지하여 손상 위치를 예상하였다.
- 이로 인해 전기저항 변화도의 결과는 급격하게 증가되거나 전기가 통하지 않는 회로로 변하게 된다. 이러한 모델을 기초로 압축하중에 의한 전기저항 변화도를 분석하는 동적 압축 실험을 진행하였다. UTM(Lloid Co.
- 압축하중에 따른 재료 내부 손상 여부를 구간별 전기 저항 변화도로 감지하여 손상 위치를 예상하였다. 전기저항 평가 방법을 이용하여 확인한 손상 발생 예상 부분과 실제 파괴실험에 따른 파괴 구간을 비교하여 본 평가방법을 검증 확인하였다.
- 1 보다 높은 전기저항변화도를 가질 경우 손상이 발생됨을 확인하였다. 전기저항 평가법으로 예측한 손상부위가 정확한 예측 결과인지 비교하기 위해 동적 압축 실험을 진행했었던 시편을 이용하여 파괴 압축 실험을 진행했다. 실제 파괴실험을 진행하여 파괴된 부분과 전기저항 측정법으로 예상하였던 미세손상 부위가 동일하였다.
- 본 연구에서는 자동차 내외장재용으로 사용되는 PP에 전도성을 부여하기 위한 방법으로 탄소나노튜브(CNT)를 사용하여 CNT-PP 복합재료를 제조하였다. 전도성을 가지는 CNT-PP를 사용하여 전기저항 측정법을 이용한 내부 손상 감지 평가방법에 대한 연구를 진행하였다. 원형에 지름을 기준으로 20o 휘어진 직경 18 cm의 원형 시편을 이용하여 동적 압축 하중에 따른 손상 부위를 예측하는 연구를 하였다.
- PP 팔렛을 자일렌(㈜대정화학) 용매 속에 넣고 초음파 3시간동안 처리하여 PP 표면을 팽윤시킨다. 탄소나노튜브(CM-95, ㈜한화나노텍)가 분산된 용액을 제조하기 위해 자일렌을 용매로 3시간동안 초음파처리를 하여 제조하였다. PP/자일렌 용액과 CNT 분산 용액을 혼합하여 6시간 동안 초음파처리 과정을 거친다.
- 파괴 실험은 동적 압축 하중 실험을 마친 시편을 이용하여 실제 파괴를 진행하였으며, 0.5 mm/분의 속도로 실험을 진행하며 균열이 진행된 초기 구간을 확인하였다. 궁극적 으로 실제 파괴가 발생된 구간과 전기저항 측정법으로 미세 손상이 예상되는 구간을 비교하였다.
- 실험 속도는 1 mm/분으로 진행하였다. 하중에 의해 시편의 변형이 발생되며 그에 따라 전기저항 변화도 신호를 멀티미터(34970a, Agilent Co., 미국)로 측정하였다. 측정 데이터는 0.
대상 데이터
- CNT-PP 복합재료를 제조하기 위해 폴리프로필렌(HP-908, ㈜현대EP) 팔렛을 이용하였다. PP 팔렛을 자일렌(㈜대정화학) 용매 속에 넣고 초음파 3시간동안 처리하여 PP 표면을 팽윤시킨다.
- Fig. 1과 같이 CNT/PP 시편을 제조하기 위해 실리콘 몰드를 이용해서 원형의 지름을 기준으로 20o 휘어진 시편을 제조하였다. 그 형상은 Fig.
- 원형 시편에 20o 의 굴곡 준 이유는 차량용 부품의 범퍼를 모사하기 위함이다. 시편의 두께는 3 mm로 제조하였다.
- 분산 처리 과정을 마친뒤, 자일렌 용매를 제거하기 위해 80℃조건에서 건조 오븐에 하루 건조시킨다. 용매를 완전히 제거하고 CNT/PP 팔렛으로 실험을 위한 시편을 제조하였다.
- 본 연구는 복합소재를 이용할 경우 소재에 대한 미세 손상 여부를 감지하는 전기저항 측정법에 대한 연구를 진행 하였다. 전기저항을 이용하는 평가방법이므로, 차량용 소재로 활용하는 PP 소재에 CNT 0.5 wt%를 이용하여 CNTPP 복합재료를 제조하였다. 미세 손상 감지를 위해 측정 구간을 6구간으로 나누어 실험을 진행하였다.
데이터처리
- 궁극적 으로 실제 파괴가 발생된 구간과 전기저항 측정법으로 미세 손상이 예상되는 구간을 비교하였다. 비교 결과를 이용 하여 본 손상 예측 평가 방법에 대한 정확도를 확인하였다.
이론/모형
- 많은 차량용 부품에 대한 미세 손상 감지의 연구는 이전부터 진행되었다. 이전 복합재료의 손상을 감지하는 방법으로 AE나 UT와 같은 고가의 비파괴 장비를 이용하여 평가를 진행하였다[4-6]. 그에 따른 전문 인력의 필요 및 고가 평가비용에 따른 손상 및 균열 감지 대한 평가가 대부분 우주 항공 분야에서 이루어졌다.
성능/효과
- 20o 휘어진 원형 CNT-PP 시편에 대해서 30회의 동적 압축 실험 중에 확인되는 응력 평가와 전기저항 변화도 평가를 진행하여 손상 여부를 평가하였다. 동적 압축 하중 실험을 끝낸 뒤, 전기저항 변화도를 구간별로 비교해 볼 경우 0.1 보다 높은 전기저항변화도를 가질 경우 손상이 발생됨을 확인하였다. 전기저항 평가법으로 예측한 손상부위가 정확한 예측 결과인지 비교하기 위해 동적 압축 실험을 진행했었던 시편을 이용하여 파괴 압축 실험을 진행했다.
- 5는 동적 하중 실험에 의한 응력 결과이다. 동적 피로 실험에 따른 하중이 재료 내부에 잔류응력으로 전달되어, 초기 압축 상태에 비해 30회 했을 경우 시편의 최대 압축 하중이 저하되는 결과를 확인할 수 있었다. 단순히 로드 셀을 이용하여 하중을 평가할 경우는 낮은 응력을 가지는 정도지만, 전기저항 측정법을 이용할 경우 다양하게 분석이 가능하다.
- 예상 파괴 형상은 a와 f 구간에서 균열 전파될 것임을 예측할 수 있었다. 실제 파괴 결과, a구간에서 발생된 파괴가 f 쪽으로 전파되는 결과를 확인하였다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 전기저항 측정법을 이용할 경우 재료의 미세 손상을 예상할 수 있고, 파괴의 전파 과정 및 위치를 예측할 수 있었다.
- 실제 파괴실험을 진행하여 파괴된 부분과 전기저항 측정법으로 예상하였던 미세손상 부위가 동일하였다. 이러한 결과를 바탕으로 전기저항 측정법을 이용할 경우 재료의 손상 여부를 파악할수 있음을 확인하였다. 또한, 전기저항 측정법의 구간 설정에 따라 재료의 손상 위치 예측을 할 수 있었다.
- 실제 파괴 결과, a구간에서 발생된 파괴가 f 쪽으로 전파되는 결과를 확인하였다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 전기저항 측정법을 이용할 경우 재료의 미세 손상을 예상할 수 있고, 파괴의 전파 과정 및 위치를 예측할 수 있었다.
후속연구
- 손상 감지 평가법 개발에 있어 두 가지 조건이 필요하다. 첫째, 재료에 대한 손상 정도를 쉽고 정확하게 평가할 수 있어야 한다는 점, 둘째, 평가방법에 드는 비용이 저렴해야 한다는 점이다. 평가방법이 용이해야 결과에 대한 해석시간을 줄일 수 있으며, 평가로 확인되는 손상 결과에 대한 위치 및 범위를 확인하여 사전의 사고를 예방하게 하기 위함이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.