비정질 할로이사이트 나노입자의 교차적층 구조에 따른 탄소섬유/에폭시 라미네이트의 저속 충격 특성
Low Velocity Impact Property of CF/Epoxy Laminate according to Interleaved Structure of Amorphous Halloysite Nanotubes
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초록
필라멘트 와인딩 공정을 사용한 FRP 복합재의 적층 구조는 기존의 FRP 복합재의 적층 구조와는 다를 뿐만 아니라 일반적인 적층 구조를 토대로 기계적 물성에 대해서 분석하고자 한다면 그에 대한 영향을 파악하는 것이 어렵다. 따라서 전반적인 성능을 향상시키기 위해 기계적 물성을 개선하고 교차 적층 구조를 최적화하는 것이 필수적이다. 따라서 본 연구는 비정질 할로이사이트 나노튜브(Amorphous Halloysite Nanotubes, A-HNT)를 5개의 층 배열을 통해교차 적층 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 구조의 저속 충격 특성에 미치는 영향을 조사하는 것을 목표로 한다. 중량 낙하식 충격시험을 통하여 라미네이트의 저속 충격 특성을 확인하였으며, 충격을 가한 후에 현미경을 통하여 충격 파손 모드와 손상 정도를 비교 평가하였다. 동일한 충격에너지를 가했을 경우 각각의 교차 적층 구조 라미네이트를 나노 튜브가 첨가되지 않은 시험편과 첨가된 시험편을 비교하여 10 J의 경우 흡수된 에너지는 각 구조에서 비슷한 경향을 보였다. 그에 비해 15 J의 경우 흡수된 에너지는 각 구조에서 다른 흡수에너지를 가지며, 나노 입자를 첨가하지 않은 구조가 가장 높은 흡수에너지를 가진다. 각 구조에서 다양한 충격 파손 모드 또한 관찰되었다.
Abstract
The stacking configuration of fiber-reinforced polymer (FRP) composites, achieved via the filament winding process, exhibits distinct variations compared to conventional FRP composite stacking arrangements. Consequently, it becomes challenging to ascertain the influence of mechanical properties based on the typical stacking structures. Thus, it becomes imperative to enhance the mechanical behavior and optimize the interleaved structures to improve overall performance. Therefore, this study aims to investigate the impact of incorporating amorphous halloysite nanotubes (A-HNTs) within different layers of five unique layer arrangements on the low-velocity impact properties of interleaved carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) structures. The low-velocity impact characteristics of the laminate were validated using a drop weight impact test, wherein the resulting impact damage modes and extent of damage were compared and evaluated under microscopic analysis. Under the application of identical impact energy of 10 J, the absorbed energy exhibited a similar trend across all structures when comparing the specimens without nanotubes to those with nanotube additions. However, at 15 J, the absorbed energy differed among the structures, with the structure lacking nanotubes demonstrating the highest absorption energy. Additionally, diverse impact damage modes were observed within each structure.
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