입자를 첨가한 계단형 패치법으로 보수된 유리섬유강화복합재의 기계적 특성에 관한 연구

Abstract

고분자 복합 재료인 섬유 강화 복합 재료는 금속 재료에 비하여 비중이 낮으며 비강도, 비강성의 특징을 갖는다. 내식성과 성형성이 우수하여 각종 산업에서 금속 재료를 대체하는 고기능 소재로 사용되고 있다. 그러나 약한 인성 및 충격에 대한 취약성으로 인해, 복합 재료의 손상에 대한 지속적인 보수가 요구된다. 현재 복합 재료의 수리에 관한 대부분의 연구는 항공 산업에 초점을 맞춰 탄소 섬유 및 샌드위치 구조의 수리에 관한 것이다. 추가적으로 복합 재료의 기계적 특성을 향상시키기 위해 다양한 입자의 첨가에 대한 연구가 수행되고 있다.

본 연구에서는 할로이 사이트 나노 튜브 및 밀드 카본의 함량을 단계적으로 변화시켜 기지재에 첨가 하였다. 수리 된 시편을 사용하여 기계 및 환경 테스트를 수행했습니다. 유지 보수 시장에서 입자가 첨가된 수리 방법의 적용 가능성에 대해 기존의 비입자 첨가 시험편과 비교하여 평가하였다.

기계적 시험중 인장 강도에서 밀드 카본과 할로이 사이트 나노 튜브의 첨가량을 1 wt %까지 증가시켰을 경우, 비입자 첨가 시험편에 비해 회복율이 향상되었음을 확인 하였다. 굽힘 강도에서는 밀드 카본의 5 wt % 첨가를 제외하고 비입자 첨가 시편의 굽힘 강도보다 높았다. 반면에, 접착강도는 비 입자 첨가 시험편의 접착 강도보다 낮다. 환경 시험에서, 밀드 카본의 첨가는 비입자 시편보다 낮은 흡습율을 보였다. 수분 흡수에 의한 기계적 물성의 열화에서는 두 입자 모두 물성이 저하되는 경향을 보였다.

본 연구를 통해 입자가 첨가 된 수리 된 시편이 특정 함량에서 기계적 특성을 향상 시킨다는 것을 증명하였다. 그러나 수리 할 모재 부분과 패치 사이의 계면 결합을 개선하고 입자를 고르게 분산시키기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다. 이러한 문제를 해결한다면 섬유 강화 복합 재료를 수리 할 때 기계적 물성의 회복률을 향상시킬 수 있다. 또한 섬유 강화 복합 재료의 수명은 다양한 산업 분야에서 연장 될 것이다.|Fiber-reinforced composites, which are polymer matrix composites, have a low specific gravity compared to metal materials, and have high nodal strength and non-rigidity. They are excellent in corrosion resistance and moldability, and are used as high-functional materials to replace metal materials in various industries. However, due to weak toughness and vulnerability to impact, continuous maintenance of the damage of the composite material is required. Currently, most of the research on the repair of composite materials is about repairing carbon fiber and sandwich structure focused on aviation industry. In addition, studies on the addition of various particles have been carried out in order to enhance the mechanical properties of composite materials.

In this study, the contents of halloysite nanotubes and milled carbon were changed in a stepwise patch and added to the matrix. Mechanical and environmental tests were carried out using the repaired specimens. The applicability of the repair method with particle addition in the maintenance market was evaluated in comparison with the existing non - particle addition specimens.

In the mechanical test, it was confirmed that the addition of up to 1 wt% of milled carbon and the halloysite nanotube in the tensile strength improved the recovery rate compared to the non - particle addition specimen. The bending strength of the specimens was higher than that of the non - particle addition specimens except for 5 wt% addition of milled carbon. On the other hand, bonding strength was lower than that of non-particle addition specimen. In the environmental test, the addition of milled carbon showed lower moisture absorptivity than that of non - particle specimens. In the deterioration of mechanical properties due to water absorption, both particles showed similar tendency to decrease in physical properties.

The results of this experiment proved that the repaired specimens with added particles improved the mechanical properties at certain contents. However, further studies are needed to improve the interfacial bonding between the repair specimen and the patch and to distribute the particles evenly. Solving these problems can improve the recovery rate of mechanical properties when repairing fiber-reinforced composites. and the life span of fiber-reinforced composites will be extended in various industries.