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논문 상세정보

일방향 탄소섬유강화 복합재료의 세로 및 가로 전기 비저항의 온도의존성

Temperature Dependence of the Longitudinal and transverse electrical resistivities of Unidirectional Carbon Fiber-Reinforced Plastic

초록

탄소섬유로 보강한 에폭시 복합재료를 필라멘트 와인딩 공법으로 제조하고 이의 기계적 및 전기적특성을 연구하였다. 사단자법으로 제작한 UD-CFRP의 전기비저항을 유리전이 온도 부근에서 온도의 함수로서 알아보았다. 실온에서 세로 전기비저항 ρa와 가로 전기비저항 ρc는 방향에 따른 강한 이방성을 보였으며 이들의 비는 약 1:3000이었다. UD-CFRP 시편의 세로 및 가로 전기비저항은 처리된 에폭시 물질의 유리전이 온도 Tg 아래에서는 온도에 선형으로 감소하는 거동을 보였다. 그러나 Tg 위에서 UD-CFRP의 가로 전기비저항은 금속과 같은 거동을 나타내며 온도의 지수승에 비례하여 증가하였다. 전기비저항이 양의 온도 계수를 갖는 메커니즘은 Tg 위에서 온도가 증가함에 따라 탄소섬유 사이의 접촉이 끓어져서 전하운반자의 깡총뛰기나 터널링이 감소하기 때문으로 생각된다. 세로방향의 dc 전도에 관한 활성화 에너지는 Tg 아래에서 0.005 eV이고, Tg 위에서는 0.08 eV이었다.

Abstract

The mechanical and electrical characteristics of unidirectional carbon fiber-reinforced plastic(UD-CFRP) prepared by the filament winding method were investigated. The longitudinal and transverse electrical resistivities of UD-CFRP were measured by using a four probe method as function of the temperature. The longitudinal and transverse dc electric resistivities exhibits a strong directional anisotropy with about a ratio of 1:3000 at room temperature. The electrical resistivities of UD-CFRP specimen decrease linearly below the glass transition temperature Tg of cured epoxy matrix. But the transverse electrical resistivity of UD-CFRP above Tg increases with proportional to T to the power which represents metal-like behavior. The mechanism of the positive temperature coefficient effect of electrical resistivity considered as hopping or tunneling of charge carriers decreases with increasing temperature above Tg due to the breakage of contact between carbon fibers. The activation energies of longitudinal dc conductivity were 0.005 eV below Tg and 0.08 eV above Tg.

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