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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

권동준 (경상대학교, 경상대학교 대학원)

지도교수
박종만
발행연도
2016
저작권
경상대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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복합재료를 생산하고 연구하는데 있어서 중요한 부분은 복합재료로 사용될 소재간의 계면 특성 평가 및 강화재의 분산도 파악이다. 지속적인 복합재료 응용 분야의 확대에 따라 다양한 소재가 활용되며, 강화재와 기지재료간의 계면 및 분산도를 규명하기 위한 새로운 평가방법이 요구되고 있다. 또한 복합재료 내부의 균열 및 외부 응력에 따른 복합재료의 상태를 규명하고 사전에 파괴를 방지하기 위한 손상감지 평가방법 역시 중장비, 차량, 항공 분야에 사용될 수 있기 때문에 자체감지능을 가진 복합재료에 대해서 전기저항 평가방법을 이용한 비파괴 평가법 연구가 개발되고 있는 추세이다. 본 연구에서는 나노/마이크로 강화 복합재료에 대하여 강화재와 기지간 계면 특성을 분석하고 나노입자에 대한 분산도를 평가하고 개선하는 연구를 진행하였다. 응용 연구로 나노/마이크로 강화 복합재료에 대한 자체 손상감지능 평가를 전기저항 평가방법으로 확인하였으며, 나아가 복합재료를 이루는 섬유와 나노 강화재, 기지재료간의 계면, 분산특성에 대해서 전기저항 평가법을 도입하여 복합재료 내부의 상태를 규명하는 평가방법을 도출하였다. 나노/마이크로 강화재를 사용한 나노복합재료에 대한 연구를 기반으로 전기저항 평가방법을 이용하여 나노/마이크로 강화 복합재료에 대한 계면 및 분산도, 젖음성을 확인하는 새로운 평가방법을 고안하였다. 나노입자를 이용한 나노복합재료에 대한 연구로는 SiC 나노입자를 이용한 고탄성 에폭시 수지에 대한 연구를 시도하여 낚시대 용 나노복합수지에 개발을 시도하였다. 복합재료 내 CNT, CF 강화재 배열에 따른 삭마 현상에 대한 CF/CNT-페놀 복합재료의 노화현상을 분석하였다. 1wt% CNT paste를 제조하여 균열에 대한 감지 및 균열 보강 소재에 대한 개발을 시도하였다. CNT를 prepreg 표면에 코팅시켜 굴곡특성 강화 복합재료 및 prepreg 재활용에 대한 연구를 진행하였다. 전기저항 평가방법을 이용한 복합재료 내부 계면 및 분산도, 젖음성 감지에 대한 평가방법 개선 연구로는 기존의 fragmentation 실험법에 전기저항 평가방법을 응용하여 새로운 섬유와 기지간 계면 평가방법을 도출하였으며, CF tow에 수지가 함침 될 때 섬유의 배열이 변경되는 정도를 CF의 전기저항 변화도로 확인하여 수지의 젖음성과 계면강도간에 상관관계를 파악하는 전기저항 젖음성 평가방법을 도출하였다. 전기저항 젖음성 평가방법을 응용하여 CNT가 함유된 에폭시 수지 내 나노입자의 분산도 및 나노복합수지의 젖음성을 평가하는 연구를 진행하였다. 오토클레이브 내에서 에폭시 수지의 경화를 시도할 경우 수지와 섬유간 젖음성을 전기저항 젖음성 평가방법으로 확인하여 에폭시 수지의 조성 차이에 따른 수지의 퍼짐 및 경화 정도가 복합재료 물성 및 계면에 미치는 영향을 확인하였다. 전기저항을 평가법을 이용한 손상감지에 대한 연구로 낚시대용 CFRP에 굴곡 응력에 따른 파괴 메커니즘을 CFRP의 전기저항 변화도 분석으로 규명하였으며, 마지막으로 열가소성 차량용 CF/PP-PA 복합재료 내 CF의 분포 및 외부 응력감지를 위해 1 cell 전기저항 측정법을 고안하여 복합재료의 상태를 2D mapping 하는 새로운 전기저항 평가법을 도출하였다. 궁극적으로 나노/마이크로 복합재료 강화 연구와 외부 손상, 계면 특성, 분산도 규명을 위한 새로운 전기저항 평가방법을 도출하였다.

목차

CHAPTER I TECHNICAL REVIEW: Review of self-sensing of damage and interfacial evaluation using electrical resistance measurements in nano/micro carbon materials-reinforced composites 1
1. Introduction 3
1.1. Methods of nondestructive Evaluation 3
1.2 Theory of electrical resistance measurement for damage sensing 4
2. Experimental 11
2.1. Theory of self-sensing using electrical resistance measurement 11
2.2. Electrical resistance measurement and signal analysis 16
3. Damage sensing analysis using electrical resistance measurements 22
3.1. Electrical resistance measurements for damage sensing applications 22
3.2. Electrical resistance measurement for strain sensing application 26
3.3. Interfacial evaluation using electrical resistance measurement 32
4. Conclusions 43
References 44
CHAPTER II To improve interfacial and mechanical properties of carbon fiber/modified nano-SiC epoxy composites using dispersion and wetting control 53
1. Introduction 55
2. Experimental 56
2.1. Materials 56
2.2. Methodologies 58
2.2.1 Fabrication process of SiC-epoxy composites 58
2.2.2. Mechanical properties measurement 59
2.2.3. Dispersion evaluation of SiC-epoxy composites 60
2.2.4. Surface treatment of SiC nanoparticle 64
3. Results and discussion 66
3.1. Dispersion results of SiC nanoparticles in epoxy 66
3.2. Mechanical and interfacial properties of SiC-epoxy composites 72
3.3. Effect of chain length of silane treatment of SiC nanoparticle 77
4. Conclusions 80
References 81
CHAPTER III Effects of carbon nanotubes and carbon fiber reinforcements on thermal conductivity and ablation properties of carbon/phenolic composites 83
1. Introduction 85
2. Experimental 88
2.1. Materials 88
2.2. Methodologies 89
2.2.1. Fabrication process of carbon/phenolic composites 89
2.2.2. Flame retardant test 91
2.2.3. Thermal conductivity tests and Ablation tests and TGA analysis 93
3. Results and discussion 95
3.1. Results of fire tests 95
3.2. Thermal conductivity and thermal spread ability of carbon phenolic composites 97
3.3. Thermal damage analysis 100
3.4. Comparison of the results of ablation testing for different carbon structure and orientation/phenolic composites 103
4. Conclusions 110
References 111
CHAPTER IV Damage Sensing and Fracture Detection of CNT Paste using Electrical Resistance Measurements 114
1. Introduction 116
2. Experimental 118
2.1. Materials and manufacture of CNT paste with different epoxy formulation 118
2.2. Methodologies 120
2.2.1. Dispersion evaluation of the CNT pastes 120
2.2.2. Damage location of CNT paste 121
3. Results and discussion 122
3.1. Dispersion and tensile load sensing property of CNT paste 122
3.2. Crack extension, damage location and repair effects for CNT paste under tensile load 128
4. Conclusions 135
References 136
CHAPTER V Improvement in Mechanical Properties of Recycled Prepreg CNT Reinforced GFRP sing a Spray Coating Method 140
1. Introduction 142
2. Experimental 145
2.1. Materials and fabrication process of CNT coated layer 145
2.2. Mechanical and interfacial tests of CNT/GF prepreg composites 147
3. Results and discussion 148
3.1. Effect of CNT coating on GF prepreg 148
3.2. Mechanical properties of CNT coated GF prepreg 154
3.3. Application of CNT coating method to prepreg recycling 157
4. Conclusions 160
References 161
CHAPTER VI Evaluation of Optimum Dispersion Time of CNT Epoxy Composites Using CV Measurement 165
1. Introduction 167
2. Experimental 169
2.1. Materials and fabrication of CNT epoxy nanocomposites 169
2.2. Methodologies 170
2.2.1. Dispersion evaluation of CNT/epoxy composites using CV measurement method 170
2.2.2. Dispersion evaluation of CNT/epoxy composites using FE-SEM and mechanical test methods 171
3. Results and discussion 172
3.1. Dispersion evaluation of CNT/epoxy with different dispersion method 172
3.2. Dispersion evaluation of CNT/epoxy composites with different sonication times 175
4. Conclusions 183
References 184
CHAPTER VII Interfacial evaluation of carbon fiber/epoxy composites using electrical resistance measurements at room and a cryogenic temperature 187
1. Introduction 189
2. Experimental 191
2.1. Materials 191
2.2. Methodologies 192
2.2.1. Single fiber tensile test 192
2.2.2. Interfacial evaluation of electrical resistance ratio fragmentation test 193
2.2.3. Investigation of wettability and work of adhesion 195
3. Results and discussion 196
3.1. Relationship of CF tensile stress and electrical resistance ratio 196
3.2. Prediction of interfacial property using ER fragmentation method 201
3.3. Comparison of work of adhesion and ER fragmentation tests 208
4. Conclusions 214
References 215
CHAPTER VIII New method for interfacial evaluation of carbon fiber/thermosetting composites by wetting and electrical resistance measurements 219
1. Introduction 221
2. Materials and specimens 223
3. Experimental setup 224
4. Results and discussion 226
4.1. Wetting behavior for electric resistance measurement 226
4.2. Mechanical test of interfacial adhesion 232
5. Conclusions 237
References 238
CHAPTER IX Effect of Alkyl Chain Lengths on the Interfacial and Mechanical Performance of F/CNT-Epoxy Composites by Electrical Resistance and Wettability Measurements 241
1. Introduction 243
2. Experimental 246
2.1. Materials 246
2.2. Methodologies 247
2.2.1. Silane treated CNT with different alkyl chain lengths 247
2.2.2. Viscosity and volume electrical resistance of CNT epoxy resin with different alkyl chain lengths 248
2.2.3. Mechanical and interfacial tests of silane treated CNT reinforced epoxy 249
2.2.4. Evaluation of spreading of silane treated CNT reinforced epoxy on CF tow using the electrical resistance method 250
3. Results and discussion 251
3.1. Verification of reinforcement by silane treated CNT and CNT-epoxy resin with different alkyl chain lengths 251
3.2. Correlation between spreading and dispersion via ER measurement 257
3.3. Mechanical and interfacial properties of silane treated CNT-epoxy composites 264
4. Conclusions 271
References 272
CHAPTER X Investigation of Interfacial and Wetting Properties of CF/Epoxy Composites using lectrical Resistance Measurement with Different Epoxy Formulation 276
1. Introduction 278
2. Experimental 279
2.1. Materials 279
2.2. Methodologies 281
2.2.1. Heat of reaction of TGDDM with different hardener and curing cycle temperature 281
2.2.2. Wetting property of solid epoxy resin in CF tow using electrical resistance method 282
2.2.3. Microdroplet test of CF/TGDDM with different hardener for interfacial shear strength 284
3. Results and discussion 285
3.1. Optimum curing cycle of TGDDM/DDS using the heat of reaction 285
3.2. Evaluation of interfacial and wetting properties of TGDDM/DDS resin in CF tow with different hardener 291
4. Conclusions 297
References 298
CHAPTER XI Detection of Damage in Cylindrical Parts of Carbon Fiber/Epoxy Composites using lectrical Resistance (ER) Measurements 301
1. Introduction 303
2. Experimental 305
2.1. Materials 305
2.2. 3 point bending test of CFRP cylinder using ER method 306
3. Results and discussion 309
3.1. Fracture detection and crack propagation results for the short CFRP cylinders by ER measurement during flexural loading 309
3.2. Crack location and crack propagation prediction of long CFRP cylinder using flexural stress and ER measurements 312
4. Conclusions 315
References 316
CHAPTER XII Evaluation of Dispersion and Damage Sensing of Carbon Fiber/Polypropylene (PP)Polyamide (PA) Composites using 2 Dimensional Electrical Resistance Mapping (2DERM) 320
1. Introduction 322
2. Experimental 324
2.1. Materials and test setting for 2D mapping ER method 324
2.2. Evaluation of dispersion, CF concentration and damage sensing of CF/PP-PA for ER 2D mapping method 325
3. Results and discussion 328
3.1. Dispersion and CF wt% results of CF/PP-PA using ER 2D mapping 328
3.2. Damage sensing of CF/PP-PA using ER 2D mapping 335
4. Conclusions 341
References 342

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