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In this study, shear thickening fluid (STF) filled with rigid nano silica particles was impregnated in plain woven Kevlar fabrics to improve the impact resistance performance. The nano silica particles with an average diameter of 100nm, 300nm, and 500nm were used to make shear thickening fluid to estimate the effect of particle size on the impact behavior of STF impregnated Kevlar fabrics. The yarn pull-out and frictional tests were conducted to estimate the effect of impregnated STF on the frictional characteristics. The test results showed that the friction forces were dramatically increased at the STF onset shear strain rates that were measured in preliminary rheology tests. The low speed impact tests were performed using the drop test machine. The results showed that the impregnated STF improved the impact resistance performance of the Kevlar fabrics in terms of the impact energy absorption and the deformation. It has been shown through tests that the impregnated STF affects the interfacial friction which contributes to improve the energy absorption in the Kevlar fabrics. Especially, the impregnation of the STF with the smaller particle size into the Kevlar fabrics showed the better performance in impact energy absorption.

본 연구에서는 Kevlar 직물에 전단농화 특성을 갖는 나노 실리카 입자를 함침시켜 저속충격 특성 및 마찰특성 실험을 수행하였다. 나노입자의 크기에 따른 영향력을 평가하기 위해 100nm, 300nm, 500nm 직경크기의 구형 실리카 입자를 충진한 전단농화유체를 제작하였으며 유변물성 시험을 통해 전단담화 현상 및 급격히 점성이 증가하는 전단농화현상을 확인하였다. 전단농화유체를 Kevlar 직물에 함침시켜 저속 낙하 충격시험을 수행한 결과 나노입자 처리를 한 Kevlar 직물에서 우수한 충격흡수 특성을 보였으며 특히 함침된 나노입자의 크기가 작을수록 충격흡수양이 증가하였고 변형의 양도 가장 적게 나타났다. Kevlar 직물 내에서의 얀의 Pull-out 실험과 직물간 마찰력 실험을 통해 나노입자의 크기가 작을수록 전단농화 현상으로 인한 마찰력의 증가가 더욱 크게 나타남을 확인하였다. 이러한 마찰력의 증가가 얀의 Pull-out 에너지를 증가시키게 되어 주요 충격흡수 메커니즘으로 작용하게 되는 것이다.

권호기사

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기사명 저자명 페이지 원문 목차
섬유강화 복합재료의 전단강도에 미치는 흡습의 영향 김윤해 ;김국진 ;한중원 ;조영대 ;배성열 ;문경만 ;김동훈 pp.1-7

복합재료의 수분에 의한 열화 및 회복 메커니즘에 관한 연구 김윤해 ;김국진 ;한중원 ;조영대 ;배성열 ;문경만 pp.8-14

전단농화유체를 함침한 케블라 직물의 저속충격 거동 및 마찰특성 연구 이복원 ;이성현 ;김천곤 ;윤병일 ;백종규 pp.15-24

복합재료면의 계면 전단강도를 평가하기 위한 새로운 반구형 미소접합 시험편 박주언 ;최낙삼 pp.25-30

중공 자성입자를 포함한 복합재료 제조 및 전자파 특성 측정 이진우 ;이상복 ;김진봉 ;이상관 ;박기연 pp.31-35

광섬유센서패키지 개발과 이를 이용한 교량구조 계측 김기수 ;조성규 pp.36-40

참고문헌 (10건) : 자료제공( 네이버학술정보 )

참고문헌 목록에 대한 테이블로 번호, 참고문헌, 국회도서관 소장유무로 구성되어 있습니다.
번호 참고문헌 국회도서관 소장유무
1 Y. S. Lee, (2003) The Ballistic Impact Characteristics of Kevlar Woven Fabrics Impregnated with a Colloidal Shear Thickening Fluid, Journal of Materials Science 미소장
2 M. J. Decker, (2007) Stab resistance of shear thickening fluid (STF)-treated fabrics, Composite Science and Technology 미소장
3 M. J. Decker, (2005) Low velocity ballistic impact Properties of Shear Thickening Fluid(STF)-fabric Composites, Proceedings of the 22th International Symposium on Ballistic 미소장
4 V.B.C. Tan, (2005) Strengthen Fabric Armour with Silica Colloidal Suspensions, International Journal of Solids and Structure 미소장
5 B.J. Maranzano, (2001) The effect of Inter-particle Interactions and Particle Size on Reversible Shear Thickening: Hard Sphere Colloidal Dispersions, Journal of Rheology 미소장
6 K. M. Kirkwood, (2004) Yarn Pull-out as a Mechanism for Dissipation of Ballistic Impact Energy in Kevlar KM-2 Fabric, Part Ⅰ: Quasi-static Characterization of Yarn Pull-out, U.S. Army Research Laboratory Technical Report, U.S. Army Research Laboratory 미소장
7 J. E. Kirkwood, (2004) Yarn Pull-out as a Mechanism for Dissipation of Ballistic Impact Energy in Kevlar KM-2 fabric, Part Ⅱ: Prediction of Ballistic Performance, in:U.S. Army Research Laboratory Technical Report, U.S. Army Research Laboratory 미소장
8 Y. Duana, (2006) A Numerical Investigation of the Influence of Friction on Energy Absorption by a High-strength Fabric Subjected to Ballistic Impact, International Journal of Impact Engineering 미소장
9 윤병일 ; 송흥섭 ; 백종규, (2007) 케블라 직물과 전단농화유체로 함침된 케블라 액체 방탄재의 파단모드 연구, Advanced Composite Materials 미소장
10 송흥섭 ; 윤병일 ; 김창연 ; 박종열 ; 강태진, (2007) 전단농화유체가 함침된 Kevlar재료의 방탄특성, Advanced Composite Materials 미소장

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