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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

신평수 (경상대학교, 경상대학교 대학원)

지도교수
박종만
발행연도
2020
저작권
경상대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수2

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이 논문의 연구 히스토리 (4)

초록· 키워드

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복합재료는 가볍고 좋은 기계적 및 화학적 특성으로 인해 항공기, 자동차 및 풍력발전 등에 사용되고 있다. 그러나 장기간 사용 시 열, 수분, 자외선 및 기계적 피로와 같이 노화로 인해 강화재와 기지재 간 계면에서 미세 크랙을 유발하고 최종 복합재료의 파괴를 초래할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기지재의 화학적 변형, 보다 내구성이 있는 강화재 도입, 표면처리 및 복합재료 수리와 같은 다양한 연구가 진행되고 있다. 그러나 무엇보다도 대면적 크기에서 노화로 인해 파괴되는 것을 방지하기 위해 미세역학을 이용한 계면특성 및 비파괴 평가를 우선적으로 하고 대면적 물성과의 연관성을 규명하는 하는 것이 중요하다.
이 논문은 복합재료가 열, 수분 및 기계적 피로에 노출되었을 때 그리고 에폭시 포뮬레이션을 통한 기지재 변형 및 내구성 강화소재를 도입을 하고, 각 조건이 노화 후에 기계적, 화학적 그리고 계면물성의 변화를 미세역학 및 비파괴 평가를 통하여 그 차이를 규명을 하는데 있다. 본 논문은 세부항목은 다음과 같다. 먼저, 복합재료 노화에 대한 동향을 살펴보기 위해 첫번째로 미세역학 및 비파괴 평가 관점으로, 복합재료 노화의 종류 및 효과 그리고 이를 해결하기 위한 방안을 조사하여 총괄적인 리뷰를 요약하였다. 본격적인 복합재료의 노화에 앞서 두번째로 에폭시 수지의 각 가사시간에 따른 유리섬유와의 계면 및 함침특성 변화연구를 통하여 미세역학 실험과 대면적 실험의 상관관계를 연구하였다. 본격적으로 노화의 효과를 보기 위해, 세번째로 기존 에폭시 접착제 및 탄소나노튜브를 첨가한 에폭시 접착제를 유리섬유강화복합재료에 접합하고 수중에서의 노출되었을 때 접착력 변화를 연구하였다. 이 연구를 통해 소수성인 탄소나노튜브가 접착제에 첨가되었을 때 수중 노화에도 기계적 및 계면물성이 기존 조건보다 더 좋음을 확인하였다. 네번째로 탄소섬유강화복합재료를 각기 다른 온도조건에 노화시켰을 때의 기계 및 계면물성 변화를 음향, 전기적 및 열전도 특성을 이용한 비파괴 평가를 통해 열 노화정도를 연구하였다. 이 연구를 통해 각기 다른 열 노화 조건에서 복합재료가 변화하는 것을 다양한 비파괴 평가를 통해 관찰되었다. 열 노화현상을 억제하기 위해 다섯번째로 열처리한 소나무와 탄소섬유강화복합재료를 이종재료접합 후 기계 및 계면물성을 전기저항 방법을 통해 최적의 열처리 조건을 연구하였다. 연구를 통하여 최적의 열 처리 조건을 전기저항 비파괴 평가법을 통해 발견되었다. 여섯번째로 에폭시 수지에 도파민을 적용하여 유리섬유와 접합 후 피로노화를 주었을 때 기존 수지와의 내피로성 정도를 확인하였다. 도파민이 적용되었을 때 기계적물성, 계면물성 및 내피로특성이 증가함을 미세역학 마이크로드롭렛 실험 및 비파괴 음향방출 평가를 통해 증명되었다. 추가적인 실험으로, 일곱번째로 에폭시 수지에 기포를 적용하여 유리섬유강화복합재료를 제조하였고, 음향차단효과를 연구하였다. 복합재료에 기포를 주입하였을 때, 소음차폐뿐만 아니라 내충격 특성 또한 향상됨을 확인하였다. 위 연구들을 통하여 유리섬유, 탄소섬유 강화복합재료 및 이종재료 등 각 종류의 복합재료가 열적, 수화적 그리고 피로 등 다양한 극심한 조건에 노출되었을 때 복합재료의 노화정도를 미세역학적 및 비파괴 관점에서 규명할 수 있었고, 노화정도를 피하기 위해 열처리, 내구성 강화재 적용 등 다양한 처리를 하였을 때 그 효과를 확인할 수 있었다. 더 나아가 대면적 평가를 하였을 때, 미세역학 결과와 그 연관성이 있음을 확인하였다.

목차

CHAPTER I. Review: Interfacial and Mechanical Properties of Composites after Various Aging via Electro-Micromechanical Evaluation 1
1. Introduction 3
1.1. Trends of aging of composites 3
1.2 Evaluation of aging of composites using micromechanical evaluation 5
1.3 Evaluation of aging of composites using nondestructive evaluation 7
2. Type and effect of various aging 9
2.1. Water/high humidity aging 9
2.2. Thermal aging 14
2.3. UV and chemical aging 16
2.4. Fatigue 19
3. Enhancing durability on aging 21
3.1. Matrix formulation 21
3.2. Addition of nanoparticle in matrix 22
3.3. Surface treatment 27
3.4. Repairing aged composites 30
4. Conclusions 32
References 33
CHAPTER II. Interfacial and Wetting Properties between Glass Fiber and Epoxy Resins with Different Pot Lifes 45
1. Introduction 47
2. Experimental 49
2.1. Materials and specimens 49
2.2. Methodologies 52
2.2.1. FT-IR and DSC test 52
2.2.2. Surface tension and energy measurements 53
2.2.3. Wetting and interfacial test 57
2.2.4. Practical tests: measurement of resin injection rate and description of the short beam test 59
3. Results and discussion 60
3.1. Chemical analysis of hardeners and measurement of residual enthalpy 60
3.2. The relationship between surface tension and wetting 65
3.3. The relationship between surface energy and interfacial properties 70
3.4. The relationship between wetting, interfacial property and practical experiment 76
4. Conclusions 81
References 82
CHAPTER III. Interfacial Properties and Water Resistance of Epoxy and CNT-Epoxy Adhesives on GFRP Composites 85
1. Introduction 87
2. Experimental 89
2.1. Materials and specimens 89
2.2. Methodologies 91
2.2.1 Wettability measurement 91
2.2.2. Experimental methods 93
3. Results and discussion 94
3.1. Interfacial aspects of the adhesive surfaces with different conditions 94
3.2. Mechanical tests for the different adhesives 105
3.3. AE analysis during lap shear testing 111
4. Conclusions 116
References 117
CHAPTER IV. Evaluation of Thermally-Aged Carbon Fiber/Epoxy Composites using Acoustic Emission, Electrical Resistance and Thermogram 121
1. Introduction 123
2. Experimental 125
2.1. Materials and specimens 125
2.2. Methodologies 126
2.2.1. Experimental methods 126
2.2.2. Evaluation of the interfacial properties of CFRC by AE and ER 128
2.2.3. Wettability and thermal measurement 129
2.2.4. ILSS measurements of CFRC by short beam and tensile tests 130
3. Results and discussion 131
3.1. Chemical analysis of surfaces for different thermal degradations 131
3.2. AE and ER evaluation of CFRC aging 133
3.3. Thermal and surface properties 140
3.4. Mechanical, interfacial properties and schematic modeling of CFRC after thermal Aging 145
3.5. Total discussions 152
4. Conclusions 153
References 154
CHAPTER V. New Evaluation of Interfacial and Mechanical Properties of Thermally Treated Pine/CFRP Composites using Electrical Resistance Measurement 158
1. Introduction 160
2. Experimental 162
2.1. Materials 162
2.2. Methodologies 163
2.2.1. Pine Thermal Treatments and Pine/CFRP Preparation 163
2.2.2. Wettability Measurement 166
2.2.3. Measurements of Mechanical and Interfacial Properties of Pine/CFRP Composites Combined with ER 167
3. Results and Discussion 168
3.1. Surface Characterization of Differently Thermal Treated Pines 168
3.2. Static Contact Angle of Thermally Treated Pine with Elapsing Time 172
3.3. Spreading and Wetting of Epoxy Resin on Thermal Treated Pine Surfaces 175
3.4. Mechanical Test of Pine and Pine/CFRP Composites with ER Measurement 179
4. Conclusions 189
References 190
CHAPTER VI. Advanced Interfacial Properties of Glass Fiber/Dopamine-Epoxy Composites using a Microdroplet Pull-out Test and Acoustic Emission 196
1. Introduction 198
2. Experimental 200
2.1. Materials and Specimens 200
2.2. Methodologies 201
2.2.1 FT-IR and DSC Test 201
2.2.2. Microdroplet Pull-out Test 202
2.2.3. AE Measurement for Damage Sensing 203
2.2.4. Mechanical Testing of Milled GFRCs 204
3. Results and discussion 207
3.1. Curing Calorie and Chemical Analysis of Epoxy Resins 207
3.2. Microdroplet Pull-out Test with Associated AE Measurements 211
3.3. Linear Regression on the Load versus AE Energy 218
3.4. Mechanical Properties of Milled GFRCs with Different Treatments 223
4. Conclusions 227
References 228
CHAPTER VII. Adhesion Properties of Glass Fiber/Epoxy Composites with Adding Air Bubbles for Sound Insulation 234
1. Introduction 236
2. Experimental 239
2.1. Materials and Specimens 239
2.2. Methodologies 243
3. Results and Discussion 248
3.1. Micro Solid-Borne Sounds from Fiber Fracture By Fragmentation Tests 248
3.2. Solid-Borne Sounds through GFRC by Source Location Tests 253
3.3. Air-Borne Sounds through GFRC in Impedance Tube 258
4. Conclusions 261
References 262

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