Transcript CF/PP 복합재료의 충격거동에 관한 연구

GF/PP 복합재료의 충격거동에
관한 연구
발 표 자 엄 윤성
열경화성 복합재료
섬유강화 복합재료
열가소성 복합재료
강화섬유
Injection Molding
열가소성 복합재료
열가소성수지
열가소성 복합재료에 영향을
미치는 인자
섬유함유율
환경적 요인
온도변화의 영향
충격강도에 대한 종래의 연구
섬유함유율의 영향
충격파면의 영향
본 연구
섬유함유율
0%
섬유함유율
1 0%
실온
섬유함유율
20%
o
o
0C
-25 C
Impact test
파면해석
GIC
결 론
섬유함유율
3 0%
o
-50 C
실험방법
섬유함유율 0%
실험재료
섬유함유율 10%
섬유함유율 20%
섬유함유율 30%
Fig.1 Specimen geometries for
Charphy impact.
실온
o
0C
온도변화
o
-25 C
o
-50 C
알코올 + 액체질소
임계 파괴에너지
GIC  U / B(W  a)
U  U K  GIC BW

C
dC / d (a /W )
  1 a  1  S  1
2 W 18 W a /W
U
U
GIC
B
W
Ф
C
총충격에너지
운동에너지
: 임계 파괴에너지
: 시험편 두께
: 시험편 폭
: 무차원 형상계수
: 컴플라이언스
:
:
실온시 섬유함유율의 변화

: 0%
: 10%
: 20%
: 30%
GIC
2
(kJ/m )







W-a
-3
(x10 m)
Fig.2 GIC vs uncracked ligament, W-a of various
glass fiber volume fraction.

온도의 변화
3.0
10
: room temperature
: room temperature
o
o
:0C
2.5
:0C
8
o
: -25 C
o
: -25 C
o
o
: -50 C
: -50 C
2
(kJ/m )
2
(kJ/m )
2.0
1.5
6
GIC
GIC
4
1.0
2
0.5
0.0
0
7
8
9
W-a
-3
(x10 m)
Fig.3 GIC vs uncracked ligament, W-a of 0% fiber
volume fraction at various temperature.
10
7
8
9
W-a
10
-3
(x10 m)
Fig.4 GIC vs uncracked ligament, W-a of 10% fiber
volume fraction at various temperature.
10
10
8
8
2
(kJ/m )
2
(kJ/m )
온도의 변화
6
6
4
GIC
GIC
4
: room temperature
: room temperature
o
o
:0C
2
:0C
2
o
o
: -25 C
: -25 C
o
o
: -50 C
: -50 C
0
0
7
8
9
W-a
10
-3
(x10 m)
Fig.5 GIC vs uncracked ligament, W-a of 20% fiber
volume fraction at various temperature.
7
8
9
W-a
10
-3
(x10 m)
Fig.6 GIC vs uncracked ligament, W-a of 30% fiber
volume fraction at various temperature.
섬유함유율 변화


: 0%
: 10%
: 20%
: 30%




U
U
(J)
(J)





: 0%
: 10%
: 20%
: 30%




BW
-5


(x10 m)
Fig.7 U vs a function of BW for various fiber
volume fraction at room temperature.




BW



-5
(x10 m)
Fig.8 U vs a function of BW for various fiber
o
volume fraction at 0 C.
섬유함유율 변화
0.5
0.5
: 0%
: 10%
: 20%
: 30%
0.4
0.4
(J)
0.3
(J)
0.3
0.2
U
U
: 0%
: 10%
: 20%
: 30%
0.1
0.2
0.1
0.0
0.0
0
1
2
3
BW
(x10 m)
4
-5
Fig.9 U vs a function of BW for various fiber
o
volume fraction at -25 C.
5
0
1
2
BW
3
4
5
-5
(x10 m)
Fig.10 U vs a function of BW for various fiber
o
volume fraction at -50 C.
실온강도
6
: room temperature
o
:0C
5
o
: -25 C
o
: -50 C
GIC
2
(kJ/m )
4
3
2
1
0
0
10
20
30
Fiber volume ratio (%)
Fig.11 GIC vs fiber volume fraction at various
temperature.
40
GIC 비교
Table.1 Critical potential energy release rate
2
GIC by U/B(W-a)
unit : kJ/m .
Materials
실온
(Vol. %)
0%
1.904
0℃
-25℃
-50℃
1.631
1.589
1.477
10%
6.132
4.074
3.906
3.57
20%
6.86
4.676
4.459
4.284
30%
7.798
6.895
6.09
5.733
Table.2 Critical potential energy release rate
2
GIC by Williams et al. Method
unit : kJ/m .
Materials
(Vol. %)
실온
0℃
-25℃
-50℃
0%
1.02
0.9
0.8
0.43
10%
3.45
2.75
2.67
1.91
20%
4.33
2.98
2.76
0.35
30%
5.24
4.87
3.09
2.79
파면해석
10% room temperature
Fig.12 SEM photographs of impact fracture surface for various
fiber fraction GF/PP tested at room temperature.
파면해석
20% room temperature
Fig.13 SEM photographs of impact fracture surface for various
fiber fraction GF/PP tested at room temperature.
파면해석
30% room temperature
Fig.14 SEM photographs of impact fracture surface for various
fiber fraction GF/PP tested at room temperature.
파면해석
10% room temperature
Fig.15 SEM photographs of impact fracture surface for 10% fiber
volume fraction GF/PP tested at variant temperature.
파면해석
o
10% 0 C
Fig.16 SEM photographs of impact fracture surface for 10% fiber
volume fraction GF/PP tested at various temperature.
파면해석
o
10% -25 C
Fig.17 SEM photographs of impact fracture surface for 10% fiber
volume fraction GF/PP tested at various temperature.
파면해석
o
10% -50 C
Fig.18 SEM photographs of impact fracture surface for 10% fiber
volume fraction GF/PP tested at various temperature.
결 론
Injection molding 의 방법으로 성형된 섬유함유율이 0%, 10%,
20% 그리고 30%인 단섬유 GF/PP 복합재료를 사용하여 -50℃
에서 실온사이의 범위에서 충격시험을 통하여 임계에너지의 거
동을 고찰한 결과는 다음과 같다.
1) 임계 파괴에너지 GⅠC 는 유리섬유로서 강화하지 않은 순수
PP 수지의 값이 가장 낮게 나타났으며 유리섬유 함유율이 증가
함에 따라 높게 나타났다.
2) GF/PP 복합재료의 온도변화에 따른 임계 파괴에너지 GⅠC
는 실온의 경우가 가장 높게 나타났으며 저온으로 갈수록 임계
파괴에너지 GⅠC 의 값이 낮게 나타났다.
3) 본 실험에 사용한 재료의 파괴기구는 섬유의 풀아웃, 섬유
와 매트릭스 사이의 계면파괴 그리고 매트릭스의 변형을 관찰
할 수 있었으며, 이와 같은 파괴기구가 종합적으로 상호작용한
다고 생각된다.