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표제지
목차
요약문 3
Summary 5
1. 서론 10
1.1. 연구개발 목표 10
1.2. 연구개발 필요성 12
1.3. 연구개발 내용 및 범위 13
1.4. 국내외 기술개발 현황 15
2. 복합재료 특성시험의 목적 18
3. H2550 프리프레그의 연구개발 수행 내용 및 결과 23
3.1. 미경화 일방향 프리프레그 시험 23
3.2. 경화 일방향 프리프레그 시험 42
3.3. 복합재료 기계적 물성시험 77
3.4. 복합재료 기계적 물성시험 결과 98
4. H3055 프리프레그의 연구개발 수행 내용 및 결과 143
4.1. 미경화 일방향 프리프레그 시험 143
4.1.1. 섬유 함량 (Fiber Content) 143
4.1.2. 수지 함량 (Resin Content) 144
4.1.3. 휘발물질 함유량 (Volatile Content) 145
4.1.4. 수지 흐름성 (Resin Flow) 146
4.1.5. 고화 시간 (Gel-Time) 147
4.1.6. HPLC 147
4.1.7. FTIR 148
4.1.8. Chemical Reactivity and Degree of Advancement via DSC 149
4.1.9. 표면 점착성 (Tack) 153
4.1.10. 섬유 굽힘 유연성 (Drape) 153
4.2. 경화 일방향 프리프레그 시험 154
4.2.1. 경화된 단위겹의 두께 (Cured Ply Thickness) 154
4.2.2. 섬유 부피 (Fiber Volume)와 수지 함량 (Resin Content) 155
4.2.3. 공극 함량 (Void Content) 156
4.2.4. 적층판 밀도 (Laminate Density) 157
4.2.5. 유리전이 온도 (Glass Transition Temperature) 158
4.2.6/4.2.8. 초음파 내부 검사: Ultrasonic Through Transmission C-Scan 결과 159
4.3. 복합재료 기계적 물성시험 177
4.4. 복합재료 기계적 물성시험 결과 178
4.4.1. 동일 배향층(Lamina) 수준 시험 결과 요약 179
4.4.2. 동일 배향층(Lamina) 수준 개별 시험 결과 요약 180
4.4.3. 동일 배향층(Lamina) 수준 개별 시험 차트 183
4.4.4. 동일배향층(Lamina) 수준 Raw Data 189
4.4.5. 적층재(Laminate) 수준 시험 결과 요약 206
4.4.6. 적층재(Laminate) 수준 개별 시험 결과 요약 207
4.4.7. 적층재(Laminate) 수준 개별 시험 차트 209
4.4.8. 적층재(Laminate) 수준 Raw Data 212
5. 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 222
5.1. 연구개발목표 달성도 222
5.2. 연구결과 기대효과 223
6. 결론 및 향후 계획 224
6.1. 연구결과 활용계획 224
6.2. 향후 연구 계획 224
6.3. 결론 225
7. 참고문헌 226
7.1. 시험 규격 226
7.2. 내부 시험 규격 문서 227
7.3. 기타 시험 규격 문서 227
[부록] 복합재료 특성시험 지침서 : "CMH-17-1G, 제1권, 제6장" 번역 - 동일배향층, 적층재, 및 특수 형식에 대한 분석 228
표 0. 연구개발 내용 및 범위 14
표 1. 미경화 일방향 프리프레그 시험 항목 23
표 2. 경화 일방향 프리프레그 시험 항목 42
표 3. 복합재료 기계 물성치 시험 항목 77
표 4. 시편 크기 - ASTM D3039 79
표 5. 인장 시험 종류 및 패널 개수 79
표 6. 압축 시험 종류 및 패널 개수 83
표 7. 시편 크기 - ASTM D3039 참고 87
표 8. 면내 전단 시험용 패널 개수 87
표 9. 숏빔 강도 시험용 패널 개수 91
표 10. 유공 인장 시험용 패널 개수 93
표 11. 유공 압축 시험용 패널 개수 96
표 12. 2018년 세부업무 수행 계획 224
표 13. 향후 업무 추진 방법 225
그림 1. 연구개발 목표 및 내용 10
그림 2. 연구과제 추진체계 11
그림 3. 복합소재 프리프레그 기계적 특성평가 시험 흐름도 13
그림 4. 전세계 탄소섬유 소요량 예측(1995~2020) 16
그림 5. 탄소섬유 프리프레그 국내 수요 및 전망 17
그림 6/그림 1. 시편 및 시험 부재료의 적층 개념도 30
그림 7/그림 2. 1차 전이 및 유리 전이 온도 곡선 예시 37
그림 8/그림 3. Storage Modulus로부터 Tg를 계산하는 방법 52
그림 9/그림 4. 시간에 따른 수분 함유량 곡선 예시 56
그림 10/그림 5. C-Scan 장비 설정화면 58
그림 11/그림 6. 탭 적용 시편 형상 (ASTM D3039) 78
그림 12/그림 7. 탭 미적용 시편 형상 (ASTM D3039) 79
그림 13/그림 8. 시편 (a) 0° 인장 패널 및 시편 (b) 90° 인장 패널 및 시편 80
그림 14/그림 9. 시편 형상 및 크기(ASTM D6641) 83
그림 15/그림 10. 시편 (a) 0° 압축 패널 및 시편ㆍ(b) 90° 압축 패널 및 시편 84
그림 16/그림 11. 탭 미적용 시편 형상 (ASTM D3039) 86
그림 17/그림 12. 면내 전단용 패널 및 시편 (ASTM D3518) 87
그림 18/그림 13. 숏빔 강도 시편 형상 (ASTM D2344) 90
그림 19/그림 14. 숏빔 강도 시험용 패널 및 시편 (ASTM D2344) 91
그림 20/그림 15. 숏빔 강도 시험 치공구 셋업 91
그림 21/그림 16. 유공 인장 강도 시험용 패널 및 시편 (ASTM D5766) 94
그림 22/그림 17. 유공 압축 시편 형상 (ASTM D6484) 95
그림 23/그림 18. 유공 압축 강도 시험용 패널 및 시편 (ASTM D6484) 96
그림 24/그림 19. 유공 압축 강도 시험 치공구 셋업 97
TABLE 6.6.4.6. CMH-17 자료 제출용 복합재 밀도 시험방법 268
TABLE 6.6.8.2. (제목없음) 283
TABLE 6.6.9.1.5. CMH-17 자료 제출용 열팽창계수 시험방법 286
TABLE 6.6.10.3. CMH-17 자료 제출용 열전도율 시험방법 297
TABLE 6.6.11.2.1. 보정용 재료의 용융 온도 298
TABLE 6.6.12.2.1(a). 여러 온도 상승값에 대한 상수 kx의 값 301
TABLE 6.6.12.2.1(b). 이론적 모형에 대하여 정규화된 온도 대 시간값 302
TABLE 6.8.2.4. CMH-17 자료 제출용 인장 시험방법 336
TABLE 6.8.3.3. CMH-17 자료 제출용 압축 시험방법 347
TABLE 6.8.4.4. CMH-17 자료 제출용 전단 시험방법 Ⅰ 362
TABLE 6.8.6.5. CMH-17 자료 제출용 파괴인성 시험방법 377
TABLE 6.12.1.6. CMH-17 자료 제출용 권사식 성형물 시험방법 397
TABLE 6.12.2.4.2. 3D 보강 복합재를 위해 제안된 면내 전단 시험방법 401
TABLE 6.12.3.1(a). 3-D 적충재 물성치 결정에 적용가능한 시험방법 407
TABLE 6.12.3.1(b). 3-D 적충재 물성치 결정에 적용가능한 시험방법 408
TABLE 6.12.3.1(c). 3-D 중간 정도의 강성을 갖는 탄소/에폭시 동일배향층의 전형적 3-D 물성치 409
TABLE 6.12.3.1(d). 3-D 중간 정도의 감성을 갖는 탄소/에폭시 [O₃, 90] 적층재의 전형적인 3-D 물성치 410
FIGURE 6.3.2. 140°F (60°C)/95% RH에 30일간 노출 후, 탄소/에폭시 적층재의 양면 수분흡수 상태 233
FIGURE 6.3.3(a). 전형적인 수분흡수 거동 (참고문헌 6.3.3(a)) 235
FIGURE 6.3.3(b). 시간에 따른 두께방향 수분 분포 (참고문헌 6.3.3(a)) 236
FIGURE 6.4.4.4.3. 휘트스톤 브리지 246
FIGURE 6.4.5.2. 열전쌍 접합점 (thermocouple junction)의 개략도 249
FIGURE 6.4.5.9. 전형적인 보정 설정 253
FIGURE 6.6.3.2.1. 시차주사 열량측정법 (DSC) 258
FIGURE 6.6.3.2.2. 열기계 분석법 (TMA) - 전형적인 수치를 예시하였음 259
FIGURE 6.6.3.2.3(a). 동적 기계적 분석법 (DMA) 260
FIGURE 6.6.3.2.3(b). 습윤 상태의 복합재에 대한 DMA 261
FIGURE 6.6.6.5.3. 전형적인 회색조 영상 (M55J 섬유) 274
FIGURE 6.6.6.5.4(a). 섬유 및 바탕재에 대한 전형적인 회색조 분포선도 275
FIGURE 6.6.6.5.4(b). 섬유에 대한 흑백 영상 275
FIGURE 6.6.6.5.5(a). 단면 및 명암도 변화에 따른 분포선도의 회색조 영상 276
FIGURE 6.6.6.5.5(b). 분포선도를 빈구획 (blank field)의 명암도로 보정한 회색조 영상 276
FIGURE 6.6.7.3.1(a). 공동이 있는 적층재를 400X 배율로 찍은 전형적인 회색조 영상 277
FIGURE 6.6.7.3.1(b). Figure 6.6.7.3.1(a)의 영상에 대한 명암도의 분포선도 278
FIGURE 6.6.7.3.2(a). 적층재의 공동을 배율 200X로 찍은 전형적인 회색조 영상 279
FIGURE 6.6.7.3.2(b). Figure 6.4.7.3.2(a)의 영상에 대한 명암도 분포선도 279
FIGURE 6.6.7.3.2(c). 적층재의 공동을 배율 100X로 찍은 전형적인 회색조 영상 279
FIGURE 6.6.7.3.2(d). Figure 6.4.7.3.2(c)의 영상에 대한 명암도 분포선도 280
FIGURE 6.6.10.2.1. 보호된 뜨거운 판이 적용된 장치에서 기계적 구성품의 일반 배치 상태 (참고문헌 6.6.10.2.1(a)) 290
FIGURE 6.6.10.2.2. 온도 감지기 설치 가능 위치를 보여주고 있는 비교분석 방식의 보호된 길이방향 열흐름 계통에 대한 개략도 291
FIGURE 6.6.10.2.3. 전형적인 열흐름 측정 장치의 형상 292
FIGURE 6.6.10.2.4(a). MII 액체 침지식 열흡수원의 열배관 개략도 294
FIGURE 6.6.10.2.4(b). 열전도율 시편에서 감지기 위치에 대한 개략도 295
FIGURE 6.6.12.2.1(a). 열확산율 측정용 섬광 장치 (개략도) 300
FIGURE 6.6.12.2.1(b). 무차원 온도 거동 곡선과 수학적 모형의 비교 302
FIGURE 6.6.12.2.1(c). 뒷면의 온도상승 정규화 값: 수학적 모형 (순간 맥동시간 효과)과 유한 맥동시간을 갖는 실험값의 비교 303
FIGURE 6.6.12.2.1(d). 뒷면의 온도상승 정규화 값: 수학적 모형 (복사 열손실 없음)과 복사 열손실이 포함된 실험값의 비교 303
FIGURE 6.6.18.2.1. ASTM E84 시험방법에 적용되는 노실의 단면 312
FIGURE 6.6.18.2.4. 시험방법 ASTM E1321의 개략도 314
FIGURE 6.6.18.3.1. ASTM E662 연기 격실의 사진 315
FIGURE 6.6.18.4.1. SASTM E1354의 개략도 317
FIGURE 6.6.18.5.1. ASTM E119 시간-온도 곡선 318
FIGURE 6.8.2.2.1(a). 덧쪽이 부가된 다방향 적층재 시편의 전형적인 인장 파괴 325
FIGURE 6.8.2.2.1(b). 덧쪽 없는 시편의 물림부 계면 (gripping interface)에 헝겊사포를 적용한 인장 시험행위 326
FIGURE 6.8.2.2.5. 90°적층재료의 90° 단방향 인장 시험행위를 의한 심재삽입형 보 시험용 단위시편 및 고정 방법의 개략도 329
FIGURE 6.8.2.3.1. 면외 인장 시험방법 330
FIGURE 6.8.2.3.2.1(a). 두께 방향 인장강도 시험용 시편 331
FIGURE 6.8.2.3.3.1(a). 곡선보 강도 시험방법 333
FIGURE 6.8.2.3.3.1(b). 순수 굽힘을 받는 곡선보의 응력 분포 333
FIGURE 6.8.2.3.3.2(a). 곡선보 강도 시편 334
FIGURE 6.8.2.3.3.2(b). 곡선보 시험으로 얻은 하중-변위 궤적 335
FIGURE 6.8.3.2.1. ASTM D3410 절차 B의 시험용 고정틀 및 시편에 대한 개략도 339
FIGURE 6.8.3.2.2. 덧쪽 없는 시편이 장착된 ASTM D6641 시험용 고정틀의 개략도 340
FIGURE 6.8.3.2.3. ASTM D5467 시편 및 하중부가 현상에 대한 개략도 342
FIGURE 6.8.3.2.5. ASTM D695 시편과 시험용 고정틀의 개략도 344
FIGURE 6.8.3.2.6. SACMA SRM 1-88 시험용 고정틀 및 시편의 개략도 345
FIGURE 6.8.4.2.2(a). V-홈새김보 시험용 시편의 개략도 352
FIGURE 6.8.4.2.2(b). V-홈새김 보 시험을 위한 고정틀 개략도 353
FIGURE 6.8.4.2.2(c). 이상화시킨 하중, 전단, 모멘트 선도 354
FIGURE 6.8.4.2.4(a). V-새김홈 궤조 (軌條, rail) 전단시험 개략도 356
FIGURE 6.8.4.2.4(b). V-새김홈 궤조 (軌條, rail) 전단시험 고정틀 개략도 357
FIGURE 6.8.4.2.5. 10도 비축 (off-axis) 인장 전단시험 358
FIGURE 6.8.4.2.6. 전형적인 비틀림 관 전단 고정틀 (첨고문헌 6.8.4.2.6(d)) 359
FIGURE 6.8.6.1. 균열 확장의 기본 모드 (basic modes) 363
FIGURE 6.8.6.2.1. 층간박리면에서의 섬유 걸치기 (fiber bridging)) 현상에 대한 개략도 365
FIGURE 6.8.6.2.2.1. 이중 외팔보 시험 366
FIGURE 6.8.6.2.3.1. 모드 (mode) Ⅱ 층간박리 파괴 인성시험 368
FIGURE 6.8.6.2.3.3. 단일 벽돌형 하중부가 장치가 적용된 끝단 하중부가식 분할형 (ELS) 시편 370
FIGURE 6.8.6.2.4.1. 가장자리 균열 비틀림 시험 372
FIGURE 6.8.6.2.5. 층간박리 인성 파괴척도 373
FIGURE 6.8.6.2.5.1. 혼합-모드 굽힘 MMB 시험용 장치 374
FIGURE 6.8.6.2.5.2. 기타의 혼합-모드 층간분리 파괴인성 시험 375
FIGURE 6.8.6.3. 두께방향 파괴 시편 376
FIGURE 6.9.1. 피로 파형 378
FIGURE 6.9.2.2. R-비율 예시 379
FIGURE 6.9.4.1(a). 층간박리 개시점을 확인하기 위한 G 문턱값을 얻는 실험 기법 382
FIGURE 6.9.4.1(b). 섬유걸치기를 보여주는 DCB 시편의 사진 (참고문헌 6.9.4.1(e)) 383
FIGURE 6.9.4.3. 혼합-모드 비율이 층간박리 개시 및 성장에 끼치는 영향 384
FIGURE 6.9.4.4. R-비율이 층간박리 개시 및 성장에 끼치는 영향 385
FIGURE 6.9.4.5.2(a). 섬유걸치기에 따른 R-선도의 예 386
FIGURE 6.9.4.5.2(b). 모드 I 피로에 대한 수정형 지수법칙 387
FIGURE 6.9.4.6.1. 모드 II 층간박리 파괴인성 시험 (참고문헌 6.9.4.6.1(a)) 388
FIGURE 6.9.4.6.2. 모드 II 피로에 대한 수정형 지수법칙 389
FIGURE 6.9.4.8(a). 정적 과하중 (a) 및 피로 과하중 (b)의 개략도 (참고문헌 6.9.4.5.2(b)) 392
FIGURE 6.9.4.8(b). CLS 시편에 걸리는 하중 순서에 대한 연구 (참고문헌 6.9.4.5.2(b)) 393
FIGURE 6.9.4.8(c). 단기 GAG 반복횟수 (a) 및 장기 GAG 반복횟수 (b) (참고문헌 6.9.4.5.2(b)) 393
FIGURE 6.12.3.1(a). 단방향 적층재의 면내 인장 설계물성치 403
FIGURE 6.12.3.1(b). 단방향 적층재의 면내 압축 설계물성치 404
FIGURE 6.12.3.1(c). 단방향 적층재의 면내 전단 설계물성치 404
FIGURE 6.12.3.1(d). 단방향 적층재의 두께방향 설계물성치 405
FIGURE 6.12.3.1(e). 단방향 적층재의 두께방행 전단 설계물성치 405
FIGURE 6.12.3.1(f). 단방향 적층재의 두께방향 인장 및 압축 설계물성치 406
FIGURE 6.12.3.1(g). 배향된 적층재의 두께방향 설계물성치 406
FIGURE 6.12.3.1. (i) 두꺼운 단면용 일축-압축시험 고정틀 (데이비드 테일러 연구소 (DTRC) 411
FIGURE 6.12.3.1. (i) 두꺼운 단면용 일축-압축시험 고정틀 - 엘리언트 테크시스템즈 Inc 411
FIGURE 6.12.3.2(a). MTX 2축 인장/압축 시험행위용 체계 412
FIGURE 6.12.3.2(b). 엘리먼트 테크시스템즈 - 와이오잉 대학의 3축 인장/압축 시험행위 체계 413
FIGURE 6.12.3.2(c). 3차원 축방향/비틀림 압력 시험행위 체계 414
FIGURE 6.12.3.2.1. 직선 배열식 2축 시험용 시편의 형상 415
FIGURE 6.12.3.2.2. 얇은 벽면의 관형 형상을 갖는 2축 및 3축 시험용 시편, 유타 대학의 3축 시편 고정장치 416
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