고무변성 에폭시 수지의 균열진전과정과 음향방출 특성
Acoustic Emission during Crack Propagation Process of Rubber-Modified Epoxy Resin
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초록
균열선단에 발생하는 손상역은 재료의 파괴인성 메카니즘을 알 수 있게 하는 중요한 영역이다. 본 연구에서는 고무변성 에폭시 수지의 균열선단 손상역의 생성 및 성장 과정을 음향방출법을 이용하여 조사하였다. 고무변성 에폭시 수지의 고무함량은 5 wt%와 15 wt%로 하였고, 3점 굽힘시험편을 사용하여 모드 I 파괴시험에 대한 각 시험편의 파괴인성값을 구하였다. 또한, 균열선단의 손상역과 그 내부의 고무입자 변형상태를 편광현미경과 원자력간 현미경을 사용하여 관찰하였다. 고무변성 에폭시 수지의 균열선단부의 손상역은 파괴하중의 약 13 % 하중에서 생성이 되어, 약 57 % 하중까지 균열개시 없이 성장하였다. 57 % 하중 근처에서 개시한 균열은 최대하중부근까지 고착-활강거동을 반복하면서 안정/ 불안정 파괴로 진전하였다. 이 과정에서 발생한 음향방출신호의 시간-주파수 분석결과, 고무입자 내부에서의 케비테이션 생성단계에서 주파수대역은 0.15∼0.20 MHz 이었고, 그 후의 안정 및 불안정시의 주파수 대역은 0.20∼0.30 MHz 이었다.
Abstract
The damage zone around a crack tip occurring before the fracture is a significant domain, which affects the toughening mechanism of materials. In this study, the growth process of damage zone in the vicinity of crack tip for rubber-modified epoxy resin is investigated using an acoustic emission(AE) analysis. The weight fractions of rubber(CTBN 1300 8) in rubber-modified epoxy resin are 5 wt% and 15 wt%. The fracture toughness(KIC) and the fracture energy(GIC) were measured using 3 point bending single-edge notched specimens. The damage zone and rubber particles distributed around the crack tip were observed by a polarized optical microscope and an atomic force microscope(AFM). The damage zone around crack tip of rubber-modified epoxy resin was formed at 13 % loading and developed until 57 % loading of the fracture load. The crack initiated at 57 % loading grew repeatedly in the stick-slip propagation behavior. Based on time-frequency analysis, it was confirmed that AE signals with frequency bands of 0.15∼0.20 MHz and 0.20∼0.30 MHz were generated from cavitation and stable/unstable cracking inside the damage zone.