Composites Research

The Korean Society for Composite Materials (한국복합재료학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

An Experimental Study on the Mechanical Properties of High Modulus Carbon-Epoxy Composite in Salt Water Environment

염수 환경에 노출된 고강성 탄소/에폭시 복합재의 물성치 변화 연구

  • 문철진 (경상대학교 대학원 항공공학과) ;
  • 이청락 (한국항공우주산업(주)) ;
  • 권진회 (경상대학교 기계항공공학부, 항공기부품기술연구소) ;
  • 최진호 (경상대학교 항공기부품기술연구소) ;
  • 조맹효 (경상대학교 항공기부품기술연구소) ;
  • 김태경 (경상대학교 항공기부품기술연구소)
  • Published : 2008.12.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The main objective of this study is to investigate the effect of salt water on the mechanical properties of a high modulus carbon-epoxy composite. Specimens were made of a carbon-epoxy composite UPN139B of SK Chemical and tested under inplane tension and shear after 0, 1, 3, 6, 9, and 12 months immersion in 3.5% salt water. Acceleration technique such as temperature elevation was not used. The tensile strengths and modulli in fiber and matrix direction did not show any remarkable degradation until 12 months immersion. In contrast to the tensile properties, shear strength and modulus started to gradually decrease up to about 10% of values of dry specimens after 12 months immersion. It was confirmed through the test that the material UPN139B can be an effective material for the shell structures in salt water to resist against the external pressure buckling because of the high fiber directional modulus and corrosion resistance.

본 연구에서는 염수환경이 고강성 탄소-에폭시 복합재의 기계적 특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 시편은 UPN139B 탄소-에폭시 복합재로 제작하였고, 3.5% 염수에 0, 1, 3, 6, 9, 12개월 간의 침수 후 면내 인장시험과 전단시험을 수행하였다. 실험에서 온도 조절과 같이 흡수 시간을 절약하기 위한 특별한 가속방법은 사용하지 않았다. 섬유방향 및 기지방향 인장강도와 강성의 경우 12개월 동안의 침수에도 불구하고 특별한 변화를 발견할 수 없었다. 반면 12개월 침수 후 전단강도와 강성은 염수에 노출되지 않은 시편에 비해 약 10% 내외의 감소를 보였다. 본 연구를 통하여 UPN139B가 우수한 섬유방향 강성과 내부식성으로 인하여 염수환경에서 외부수압에 의한 좌굴을 지지해야 하는 구조물의 설계에 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.

Keywords

References

  1. Kimpara I., 'Use of advanced composite materials in marine vehicles,' Marine structures, Vol. 4, No. 2, 1991, pp. 117-127 https://doi.org/10.1016/0951-8339(91)90016-5
  2. Summerscales J., 'Design of marine structures in composite materials,' Composite science and technology, Vol. 41, No. 1, 1991, pp. 99-100 https://doi.org/10.1016/0266-3538(91)90055-T
  3. Ross, C. T. F., 'A conceptual design of an underwater vehicle,' Ocean Engineering Vol. 33, No. 16, 2006, pp. 2087-2104 https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2005.11.005
  4. 서상하, 이덕보, 문창권, '탄소섬유 강화 복합재료의 수분에 의한 열화 및 회복에 관한연구,' 한국복합재료학회지, 제17권, 제3호, 2004, pp. 8-14
  5. 김원근, 문창권, '적층형 탄소섬유 복합재료의 기계적 성질에 미치는 수분환경의 영향,' 한국해양공학회지, 제 13권, 제4호, 1999, pp. 1225-0767
  6. 이지훈, 이경엽, 김현주, '해수가 흡수된 Carbon-Epoxy 적층복합재의 압축특성에 대한 연구-정수압력 영향,' 한국해양공학회지, 제16권, 제4호, 2004, pp. 191-195
  7. 윤성호, '염수환경에 노출된 유리섬유 직물/페놀 복합재의 내구성 평가,' 한국복합재료학회지 제18권, 제4호, 2005, pp. 27-34
  8. 문창권, 구자삼, '흡수에 의한 FRP의 내구성에 관한 연구,' 한국해양공학회지, 제11권, 제2호, 1997, pp. 48-56
  9. 최영호, 강태진, 이경우, '수분과 열피로에 의한 복합재료의 물성변화에 대한 연구,' 한국섬유공학회지 제37권, 제5호, 2000, pp. 273-279
  10. 김제현, 문창권, '장시간의 수분흡수가 유리섬유/에폭시수지 복합재료의 계면특성에 미치는 영향,' 한국고분자학회지, 제22권, 제3호, 1998, pp. 468-477
  11. Judd, N. C. W., 'Absorption of water into carbon fibre composite,' Society of Chemical Industry, Vol 9, No. 1, 1977, pp. 36-40
  12. Loos, A. C. and Springer, G. S., 'Moisture absorption of graphite-epoxy composites immersed in liquids and in humid air,' Journal of composite materials, Vol. 13, No. 2, 1979, pp. 131-147 https://doi.org/10.1177/002199837901300205
  13. Joshi, O. K., 'The effect of moisture on the shear properties of carbon fiber composites,' Composites, Vol 14, No. 3, 1983, pp. 196-200 https://doi.org/10.1016/0010-4361(83)90005-8
  14. Chiou, P. and Bradley, W. L., 'Effects of seawater absorption on fatigue crack development in carbon/epoxy EDT specimens,' Composites, Vol. 26, No. 12, 1995, pp. 869-876 https://doi.org/10.1016/0010-4361(95)90880-9
  15. Miller, P. H., 'Effects of moisture absorption and test method on the properties of E-glass/Polyester hull laminates,' Journal of composite materials, Vol. 36, No. 9, 2002, pp. 1065-1078 https://doi.org/10.1177/0021998302036009510
  16. 허성화, 김정희, 김홍석, 권진회, 최진호, 조종래, 조윤식, '염수 환경에 의한 탄소/에폭시 복합재의 물성치 변화 연구,' 한국복합재료학회지, 제21권, 제3호, 2008, pp. 1-8
  17. ASTM D3039, 'Standard test method for tensile properties of polymer matrix composite materials'
  18. ASTM D5379, 'Standard test method for shear properties of composite materials by the V-Notched beam method'