고온고습 환경하에서 차량용 CFRP 구조부재의 충격강도평가

Abstract

1. 최대 정적 압궤하중은 적층각이 어떤 경우나 흡습 시험편이 무흡습 시험편 보다 약 3 ∼ 7 % 정도 작게 나타났으며, 최대 충격 압궤하중은 흡습 시험편이 무흡습 시험 편보다 약 11 ∼ 20 % 정도 작게 나타났다. 이는 흡습에 의한 강도 저하현상이 충격 압궤 일 때가 정적 압궤시 보다 크게 나타남을 알 수 있었다. 2. 충격압궤의 경우 적층각이 15°일 때 최대 압궤하중이 가장 컷으며 그다음 으로는 0°/90° 가 크게 나타났으나, 정적압궤의 경우는 0°/90° 의 경우가 가장 크게 나타 났는데, 이는 정적의 경우 0°방향의 섬유가 15°방향의 섬유에 비해 축압궤하중에 더 저항력이 크기 때문이라 생각된다. 또한, 압궤된 길이는 적층각도가 15°일 때 가 가장 짧아 승객의 안전을 위한 공간 확보가 가능 하다는 차원에서 적층각도가 15° 인 CFRP 구조부재가 가장 우수한 내 충격성을 갖는 것으로 판단된다. 3. 흡습/무흡습 시험편의 정적 압궤시 흡수에너지는 적층각도가 90°/0° 일 때가 가장 높 았으며 그 다음으로 적층각도가 0°/90°, 15°, 45° 90°순으로 났게 나타났다. 그러나 충격압궤시 흡수에너지는 적층각도가 15°, 일 때가 가장 높았으며 45° 90°, 90°/0° 및 0°/90° 시험편보다 약 40% 이상 높았다. 4. 흡습/무흡습 시험편 모두 적층각에 관계 없이 층간크랙 및 층간크랙의 점진적 진전 과 함께 부재의 외측으로 압궤가 진전 되지만 15°로 적층된 부재에서는 부재의 외 측으로 확장하는 스플라인 형상으로 압궤 되었으며, 45°로 적층된 부재에서는 "ᄃ" 자형 부재가 접힘모드의 형상으로 압궤되었고, 90°로 적층된 부재에서는 횡방향의 기지 파단으로 인한 파쇄모드의 형상으로 압궤되었다. 5. 0°/90°로 적층된 부재에서는 층간 크랙 및 층내 크랙의 점진적인 진전과 함께 부재의 외측으로 확장되지만, "ᄃ"자형 부재는 횡방향 전단과 라미나 묶음의 파단이 조합된 취성파괴 모드의 형상으로 압궤되었으며, 0°로 적층된 라미나 묶음은 층간 - 58 크랙 및 층내 크랙 진전에 의해 부재 외측으로 라미나 굽힘을 발생시키지만 축 방 향에 대하여 90°로 적층된 섬유는 0°로 적층된 라미나 묶음의 라미나 굽힘을 방 해하면서 파단 된다. 즉, 섬유는 굽힘이 존재하나 파단에 가까우며 크랙성장과 라미 나 묶음의 굽힘/파괴가 반복적으로 나타난다. 6. 모든 적층각에서 무흡습 상태에서의 시험편 보다는 흡습상태의 시험편은 탄소강화 섬유와 에폭시 사이의 결합력이 수분에 의해 완화가 되기 때문에 무흡습 상태에서 압궤 시 취성의 성격을 갖는 섬유의 파괴나 파단 보다는 연성의 굽힘과 접힘이 주를 이루면서 무흡습 시험편 보다 안정적으로 압궤되었다.