- 1 -

대형 고성능 고분자 복합재 액상 성형대형 고성능 고분자 복합재 액상 성형대형 고성능 고분자 복합재 액상 성형대형 고성능 고분자 복합재 액상 성형

공정 기술 지원공정 기술 지원공정 기술 지원공정 기술 지원

2003. 8. 272003. 8. 272003. 8. 272003. 8. 27

지원기관지원기관지원기관지원기관:::: 한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원

지원기업지원기업지원기업지원기업:::: 성도성도성도성도㈜㈜㈜㈜

산업자원부산업자원부산업자원부산업자원부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산업자원부 장관 귀하산업자원부 장관 귀하산업자원부 장관 귀하산업자원부 장관 귀하

본 보고서를 대형 고성능 고분자 복합재 액상성형 고정 기술지원 지원기간“ ”( :

과제의 기술지원 성과보고서로 제출합니다2002. 10~2003. 9.) .

2003. 8. 27.2003. 8. 27.2003. 8. 27.2003. 8. 27.

지원기관 기관명 한국기계연구원지원기관 기관명 한국기계연구원지원기관 기관명 한국기계연구원지원기관 기관명 한국기계연구원: ( ): ( ): ( ): ( )

대표자 황 해 웅대표자 황 해 웅대표자 황 해 웅대표자 황 해 웅( )( )( )( )

지원기업 기업명 성도지원기업 기업명 성도지원기업 기업명 성도지원기업 기업명 성도: ( ): ( ): ( ): ( ) ㈜㈜㈜㈜

대표자 김 선 숙대표자 김 선 숙대표자 김 선 숙대표자 김 선 숙( )( )( )( )

지원책임자 엄 문 광지원책임자 엄 문 광지원책임자 엄 문 광지원책임자 엄 문 광::::

- 3 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

제 절 기술지원 수행 내용제 절 기술지원 수행 내용제 절 기술지원 수행 내용제 절 기술지원 수행 내용2222

특허 및 기술 자료 조사특허 및 기술 자료 조사특허 및 기술 자료 조사특허 및 기술 자료 조사2.12.12.12.1

성형 기초 물성 정량화 기술 지원성형 기초 물성 정량화 기술 지원성형 기초 물성 정량화 기술 지원성형 기초 물성 정량화 기술 지원2.22.22.22.2

복찹재 시험 및 가에 관한 기술 지원복찹재 시험 및 가에 관한 기술 지원복찹재 시험 및 가에 관한 기술 지원복찹재 시험 및 가에 관한 기술 지원2.3 cud2.3 cud2.3 cud2.3 cud

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부록부록부록부록

기술지원 일지기술지원 일지기술지원 일지기술지원 일지1.1.1.1.

액상 성형 기술 현황 분석 자료액상 성형 기술 현황 분석 자료액상 성형 기술 현황 분석 자료액상 성형 기술 현황 분석 자료2.2.2.2.

기술 세미나 자료기술 세미나 자료기술 세미나 자료기술 세미나 자료3.3.3.3.

기술지원 활용 기자재 및 시설요약서기술지원 활용 기자재 및 시설요약서기술지원 활용 기자재 및 시설요약서기술지원 활용 기자재 및 시설요약서4.4.4.4.

현재까지 지원된 대표적인 기술지원 메모 및 기타자료현재까지 지원된 대표적인 기술지원 메모 및 기타자료현재까지 지원된 대표적인 기술지원 메모 및 기타자료현재까지 지원된 대표적인 기술지원 메모 및 기타자료5.5.5.5.

- 4 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

고분자 복합재료는 최소한의 무게로 높은 강도를 얻을 수 있기 때문에 경량화가 가

능하고 제품 설계에 대한 유연성이 높고 부품의 개수를 줄임으로써 부품일체화를,

통한 생산성 향상이 가능하며 치수 안정성도 좋다 또한 피로 수명이 길로 내식성. ,

및 전기절연성에서도 뛰어난 장점이 있으므로 응용 분야가 점점 확대되고 있다 즉. ,

항공 우주 분야 수송기기 분야 스포츠 레져 분야 등 전 산업 분야에 걸쳐 활용되, ,

고 있으며 향 후 그 수요가 더욱더 증가할 것으로 예상된다, .

현재 성도의 복합재 품목들의 생산 공정은 수적층법과 상온경화에 의한 방식을㈜

채택하고 있다 이 방식을 통하여 제조하는 부품들은 재료의 인장 강도.

가 상대적으로 낮아 고성능의 고급 제품에는 적용하기가 어렵고 수적(60~80MPa) ,

층시나 경화 공정 중에 수지가 대기에 노출되기 때문에 수지 휘발분으로 인하여 작

업 환경도 열악한 실정이다 따라서 노동집약적이고 비 환경친화적인 생산 공정에.

대한 대체 공법 개발이 시급하다.

- 5 -

복합재료의 개발은 성능 생산속도 생산비 등을 포함하는 여러 요인을 서로 균형있, ,

게 조절해야 하는데 항공 우주용 부품과 같은 고성능 재료에서는 생산성 보다 성, /

능 향상이 중요한 요구조건이지만 여러 다른 산업계에서는 성능 향상과 더불어 부, ,

품의 생산 속도가 빠르고 생산비가 낮은 것이 유리하다.

복합재료 전체 시장의 이상을 차지하고 있는 육상 교통 토목 건축 선박해양60% , · ,

분야를 보면 구조물이 형태가 대형이거나 후판인 경우가 대부분이다 따라서 본 기.

술 지원을 통하여 액상 성형에 의한 복합재 제조 공법을 확립하게 되면 기존의

성형법을 대체하면서 재료 강도 측면에서 성형품 대비hand layup , hand layup

이상의 향상과 더불어 생산 시간도 이상 단축할 수 있을 것으로 판단된300% 40%

다 그리고 형상이 복잡하고 대형인 구조물인 경우 현재는 조립 체결 공정을 거치. ,

게 되는데 조립체결수를 약 이상 줄일 수 있을 것으로 예상된다 산업이 고도30% .

화됨에 따라 복합재료 산업에도 환경에 큰 충격을 주지 않는 성형법에 대한 필요성

이 요청되고 있으므로 환경 친화적인 액상서형공정 개발이 어느 때보다 절실하다.

대형의 복합재 구조물 제조에는 이나 성형법을 사용해 왔는hand layup spray up

데 이 성형법은 으로 금형 외부에 수지와 보강재를 적층하여 경화Open mold type

시키는 과정에 다량의 휘발성 화학성분 을 발(VOCs, Volatile Organic Compounds)

생시키므로 환경에 해롭다 따라서 작업 환경의 개선을 위해서도. Closed molding

인 액상 성형의 적용이 시급한 시점이다System .

- 6 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

기존 기술 현황 및 애로 사항기존 기술 현황 및 애로 사항기존 기술 현황 및 애로 사항기존 기술 현황 및 애로 사항▶▶▶▶

생산되는 복합재 강도가 고성능 부품에 적용하기에는 매우 낮음- .

수적층법에 의한 생산 공정이어서 생산성이 낮고 수지 휘발분에 의한 작업 환경- ,

이 나쁨

기술 지원 목표기술 지원 목표기술 지원 목표기술 지원 목표▶▶▶▶

최종 목표 액상 성형 기술 이전(2002.10~2005.9):▣

보강재 및 수지 정량화 기술 구축 및 이전1.

수지 유동 해석 기술 확립 및 전수2.

대형 후판 복합재 성형 기술 확립 및 전수3.

설계 물성 시험 방법 이전4.

당해연도 목표 액상 성형 기초 기술 지원(2002.10~2003.9):▣

액상 성형 기초 이론 및 기술 자료 지원1.

성형 기초 물성 정량화 기술2.

보강재 유동 저항 투과성 계수 및 하중 변형 특성- ( ) -

복합재 기초 물성 시험 평가 기술3.

- 7 -

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

특허 및 자료 조사특허 및 자료 조사특허 및 자료 조사특허 및 자료 조사▶▶▶▶

미국 일본 등의 특허 및 기술자료 조사- ,

특허 및 기술 자료- SCRIMP

성형 기초 물성 정량화 기법성형 기초 물성 정량화 기법성형 기초 물성 정량화 기법성형 기초 물성 정량화 기법▶▶▶▶

액상 성형 기초 이론 기술 지원-

보강재의 투과성 계수 측정 방법-

보강 매트의 하중 변형 특성 정량화 방법- -

복합재의 특성 평가복합재의 특성 평가복합재의 특성 평가복합재의 특성 평가▶▶▶▶

복합재 기본 물성 평가 규격 조사- : ASTM

복합재 기게적 특성 평가-

인장 강도 및 강성도 압축 강도 전단 강도· , ,

- 8 -

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술 지원 성과제 절 기술 지원 성과제 절 기술 지원 성과제 절 기술 지원 성과1111

계획된 기술지원의 달성정도계획된 기술지원의 달성정도계획된 기술지원의 달성정도계획된 기술지원의 달성정도1.1.1.1.

액상 성형 기초 이론 및 기술 자료 지원- : 95%

성형 기초 물성 정량화 기술-

보강재 유동 저항 투과성 계수 측정· ( ) : 100%

보강재 하중 변형 특성 측정· - : 100%

기술지원에 따른 지적재산권 도출기술지원에 따른 지적재산권 도출기술지원에 따른 지적재산권 도출기술지원에 따른 지적재산권 도출2.2.2.2.

액상 성형 기술의 핵심은 수지가 보강 매트 내부로 기공이나 이 없이 잘Dry spot

함침되도록 수지 유로를 설계하는 것이다 적절한 유로의 형사을 설계하고 실험을.

확인하는 시간이 길게 수요되어 차년도에 지적 재산권을 도출할 예정이다2 .

지원내용의 기업전략에의 기여도지원내용의 기업전략에의 기여도지원내용의 기업전략에의 기여도지원내용의 기업전략에의 기여도3.3.3.3.

현재 진행되고 있는 산업 구조의 개편 방향을 볼때 노동집약적 중저가 복합재 시장

은 거의 사라질 것으로 판단되며 중국 시장과의 차별화를 위해서도 기술 우위를,

확보하는 것이 무엇보다도 시급한 시점이다.

- 9 -

따라서 주 성도가 국내 최초로 액상 성형 공법을 이용하여 고성능 대형( ) (SCRIMP)

부품을 상용화하면 선진국으로부터의 기술 종속 차단할 수 있고 수출 파급 효과도,

클 것으로 기대된다 그리고 기존에 국내에서 주로 적용되고 있는 공. Hand Layup

법을 탈피함으로써 인건비 절감 생산성 향상 환경 문제 등을 해결할 수 있을 것으, ,

로 판단된다.

- 10 -

제 절 기술지원 수행 내용제 절 기술지원 수행 내용제 절 기술지원 수행 내용제 절 기술지원 수행 내용2222

특허 및 기술자료 조사특허 및 기술자료 조사특허 및 기술자료 조사특허 및 기술자료 조사2.12.12.12.1

현재 액상 성형 분야에서 가장 선도적 국가는 미국이므로 주로 미국 중심으로 액상

성형에 대한 특허 자료를 검색하여 전체 동향을 파악하고 자료를 주 성도에 제공( )

하였다 특허 자료를 바탕으로 향후 사업 분야 발굴에 유용하게 활용할 수 있을 것.

으로 판단된다.

특허번호 제 목 발 명 자 출원국가

6,048,488

One-step resin transfer molding of

multifunctional composites consisting

of multiple resins

외Bruce k. Fink 3 USA

5,439,635

Unitary vacuum bag for forming fiber

reinforced composite articles and

process for making same

William Seemann USA

5,601,852

Unitary vacuum, bag for forming fiber

reinforced composite articles and

process for making same

William Seemann USA

5,702,663

Vacuum bag for forming fiber

reinforced composite articles and

method for using same

William Seemann USA

5,721,034

Large composite structures

incorporating a resin distribution

network

William H. Seemann

외 5USA

5,756,600Urethane-modified epoxy boxcar and

method외Hiroya Okumura 4 USA

5,765,485Insulated composite railway boxcar

and method외Mell R. Thoman 1 USA

5,855,174Rainway car underframe for an

insulated rainway boxcar외Mell R. Thoman 1 USA

5,857,414Composite box structure for a railway

car외Mell R. Thoman 1 USA

5,888,608 Composite grid/frame structure Stephen W. Tsai USA

- 11 -

5,890,435Insulated composite railway boxcar

and method외Mell R. Thoman 1 USA

5,902,935

Nondestructive evaluation of

composite bonds, especially

thermoplastic induction welds

Gary E. Georgeson

외 1USA

5,952,067 Braided structure having unc Andrew A. Head USA

5,958,325

Large composite structures and a

method for production of large

composite structures incorporating a

resin distribution network

William H. Seemann

외 5USA

5,968,445Method and apparatus for curing

large composite panels

Douglas A.

외McCarville 1USA

5,983,885Natural draft automatic feed pellet

stoveMichael A. Jarti USA

5,988,074 Composite roof for a railway car Mell R. Thoman USA

6,000,342Railway car underframe for an

insulated composite boxcar외Mell R. Thoman 1 USA

6,009,635

Method and apparatus for producing

gas occlusion-free and void-free

compounds and composite

외Victor H. Vidaurre

2USA

6,045,057

Method and apparatus for spray

applying fiber-reinforced resins with

high ceramic fiber loading

외Ronald C. Moor 2 USA

6,046,267

Method and apparatus for producing

gas occlusion-free and void-free

compounds and composite

외Victor H. Vidaurre

2USA

6,048,488

One-step resin traasfer molding of

multifunctional composites consisting

of multiple resins

외Bruce K. Fink 3 USA

- 12 -

성형 기초 물성 정량화 기술 지원성형 기초 물성 정량화 기술 지원성형 기초 물성 정량화 기술 지원성형 기초 물성 정량화 기술 지원2.22.22.22.2

액상 성형의 기초 이론에 대한 기술지원액상 성형의 기초 이론에 대한 기술지원액상 성형의 기초 이론에 대한 기술지원액상 성형의 기초 이론에 대한 기술지원2.2.12.2.12.2.12.2.1

주 성도는 수적층법을 이용한 중저가 복합재 전문생산업체이다 따라서 풍부한 현( ) .

장경험을 가지고 있으나 액상 성형에 대한 기초 지식이 부족한 점이 많아서 액상,

성형에 대한 기초 지식을 제공하였으며 상세 자료는 부록의 기술 세미나에 부분에,

수록하였다.

액상 공정의 중요단계는 크게 프리폼 제조 단계 수지 충전(Preforming) , (Resin

단계 및 경화 단계로 나눌 수 있다 프리폼 예비 성형체 은 수지충전 이Filling) (Cure) . ( )

전에 보강재를 원하는 형상으로 미리 형을 만든 것을 말한다 수지 충전단계는 프.

리폼을 금형내에 넣고 프리폼 내부의 기공 섬유 사이의 공간 들 사이로 수지를 함( )

침시키는 공정을 말하는데 이는 액상 성형의 핵심적인 단계라고 할 수 있다 수지.

충전단계의 수지 유동 속도를 결정하기 위해서는 다공성 매질 보강재 에서의 수지( )

유동에 관한 운동량 방정식인 식을 이용할 수 있다Darcy .

∇ 투과성 계수 보강재의 유동 저항 특성K: ,

수지점도 수지의 유동 저항 특성: ,

∇ 압력구배 수지유동의 구동력: ,

수지속도:

- 13 -

윗 식에서 보면 수지의 유동속도는 보강재의 유동특성인 투과성 계수,

와 수지의 유동특성인 점도 및 성형조건의 하나인 압력구(Permeability) (Viscosity)

배 에 영향 받음을 알 수 있다 따라서 액상 성형을 이용한 부품(Pressure Gradient) .

제조 공정 설계를 위해서는 수지의 유동속도 결정에 필요한 수지 및 보강재의 물성

정량화가 필요하다 이러한 물성을 이용하여 금형 충전 해석을 수행하게 되면 수지. ,

주입구 및 배출구 주입 온도 주입 압력 등 공정 변수들을 결정할 수 있으며 금형, , ,

설계의 기본 자료를 확보할 수 있다.

하중에 대한 섬유 매트 변형하중에 대한 섬유 매트 변형하중에 대한 섬유 매트 변형하중에 대한 섬유 매트 변형2.2.22.2.22.2.22.2.2

액상 성형에서는 매트에 진공을 적용하므로 대기압에 의해 매트가 압착하게 되는

데 수지 충전이 진행되면 보강 매보가 다시 부풀어 오르게 된다 섬유의 복원은 복, .

합재 두께 및 강도의 변화를 야기하므로 이에 대한 이해가 필요하다 다시 말하면. ,

섬유 매트의 두께 방향으로 임의의 하중이 작용할 때 하중 변형량 관계는 실 제품-

의 섬유 체적율을 예측한다든지 수지 충전 중에 유동 저항을 예측할 경우 유용하게

이용된다 실험은 를 사용하였는데. Glass continuous random mat , 150×150mm

사이즈로 재단하여 를 적층한 의 높이는 약 이며 이때의 섬유15ply mat 34~35mm ,

체적율은 약 이다 을 이용하여 의 속도로 누르면서7% (Fig.1). Instron 2mm/min

를 측정하였고 이때 구해진 를 이용하여 의Load-displacement , displacement mat

섬유 체적율을 계산하였다.

- 14 -

하중 변형 실험의 개략도하중 변형 실험의 개략도하중 변형 실험의 개략도하중 변형 실험의 개략도Fig.1 -Fig.1 -Fig.1 -Fig.1 -

에 실험에 의해 측정된 보강재의 두께 변화 및 이의 일반화된 형태인 압력 섬Fig.2 -

유 체적율 변화가 주어져 있다 하중 변위 시험 결과는 실험에서 보는 바와 같이. -

비선형 탄성 거동을 보인다.

하중 변의 그래프하중 변의 그래프하중 변의 그래프하중 변의 그래프(a) -(a) -(a) -(a) -

- 15 -

압력 체적율 그래프압력 체적율 그래프압력 체적율 그래프압력 체적율 그래프(b) -(b) -(b) -(b) -

보강 매트의 단위 면적당 하중에 대한 섬유 체적율 변화보강 매트의 단위 면적당 하중에 대한 섬유 체적율 변화보강 매트의 단위 면적당 하중에 대한 섬유 체적율 변화보강 매트의 단위 면적당 하중에 대한 섬유 체적율 변화Fig.2Fig.2Fig.2Fig.2

보강재의 유동 전도성 투과성 계수 측정보강재의 유동 전도성 투과성 계수 측정보강재의 유동 전도성 투과성 계수 측정보강재의 유동 전도성 투과성 계수 측정2.2.3 ( )2.2.3 ( )2.2.3 ( )2.2.3 ( )

투과성 계수는 보강 매트의 유동 저항 특성을 나타내는 물성으로 수지 유동 해석을

위해서는 필수적인 보강재 물성이다 본 과제에서 는 임의의 압력 및 온도 조건에.

서 시간에 따른 수지 전진량을 측정하는 방법과 이를 이용하여 투과성 계수를 결정

하는 프로그램을 지원하였다.

- 16 -

에서 보는 바와 같은 장치를 이용하여 시간에 따른 내에 수지 전진량Fig.3 preform

을 측정하였다 금형 하판은 강판을 사용하였고 보강재 내에서의 수지 함침과정을. ,

관찰하기 위해 상판은 유리판을 사용하였다 금형 안에 을 넣은 후 수지는. preform ,

질소를 이용하여 가압하였으며 질소 가스의 압력을 일정하게 유지하기 위해 압력,

레귤레이터 를 부착하였다 금형 내의 수지에 가해지는 정확한(pressure regulator) .

압력을 측정하기 위해 수지 주입구 부분에 를 부착하였고 디Pressure Transducer ,

지탈 카메라로 수지의 전진 면을 촬영하였다 실험의 편의를 위해 실제 수지 대신.

에 점도가 온도에만 의존하는 실리콘 오일을 사용하였다 투과성 계수는 위의 방법.

으로 측정한 수지 전진량을 이용하여 등이 제안한 방법으로 결정하였다Adams .

투과성계수측정 장치 개략도 매트 형상 및 유동 패턴투과성계수측정 장치 개략도 매트 형상 및 유동 패턴투과성계수측정 장치 개략도 매트 형상 및 유동 패턴투과성계수측정 장치 개략도 매트 형상 및 유동 패턴Fig.3 ,Fig.3 ,Fig.3 ,Fig.3 ,

- 17 -

실험에서는 상온에서 수지 주입 압력을 일정하게 유지하면서 섬유 체적율, 8.9%,

의 세 경우에 대하여 유동 전진량을 측정하였다 수지의 함침 형태는13.2%, 17.7% .

원형으로 이는 가 등방성 매질임을 의미한다 섬유 체적율이 증가함에Random mat .

따라서 유동 속도가 느려지는 다시 말해서 투과성계수가 감소함을 확인하였다

이는 섬유 사이의 공간이 작아지므로 유동 저항이 증가하기 때문이다 실(Fig.4). .

험은 종류의 섬유 체적율에서 행해졌지만 임의의 섬유 체적율에서도 이용하기 위3

하여 이 행해졌는데 이 때 측정 데이터가 보여 주는 선형성으로부터 일차Curve fit ,

함수를 이용하여 데이터 근사 를 시도하였다(K) (Fig.4).

섬유체적율에 따른 투과성계수섬유체적율에 따른 투과성계수섬유체적율에 따른 투과성계수섬유체적율에 따른 투과성계수Fig.4 (K)Fig.4 (K)Fig.4 (K)Fig.4 (K)

- 18 -

복합재 시험 및 평가에 관한 기술 지원복합재 시험 및 평가에 관한 기술 지원복합재 시험 및 평가에 관한 기술 지원복합재 시험 및 평가에 관한 기술 지원2.32.32.32.3

2.3.1 Material Test List: ASTM2.3.1 Material Test List: ASTM2.3.1 Material Test List: ASTM2.3.1 Material Test List: ASTM

주 성도의 납품 부품들은 각종 산업의 구조 부품들이므로 현장에서 신뢰도를 확보( ) ,

하기 위해서는 이들에 대한 기초 물성이 필수적으로 요구되는데 물성을 측정하기,

위해서도 표준화된 방법에 따라야 한다 기존의 금속재와는 달리 산업에 소개된 역.

사가 상대적으로 짧은 복합재의 경우 규격이 아직 완비되지 않았으며 주로KS ,

규격에 의해 현재 규격을 정비하고 있는 실정이므로 본 절에서는 각종 기계적ASTM

물리화학적 규격을 정리하여 주 성도에 제공하였다/ ASTM ( ) .

▣ Basic PropertiesBasic PropertiesBasic PropertiesBasic Properties

Test Standard 종류 시편갯수

Fiber Content ASTM D3171 5

Resin Content

ASTM D3529 (prepreg) 3

ASTM D613

(carbon-graph prep.)5(?)

Void Content ASTM D2734 5(?)

▣ Mechanical FasteningMechanical FasteningMechanical FasteningMechanical Fastening

Test Standard 종류 시편갯수

Bearing Strength ASTM D953

0°

590°

fab.

- 19 -

▣ Mechanical PropertiesMechanical PropertiesMechanical PropertiesMechanical Properties

Test Standard 종류 시편갯수

Tensile Sterngth and

Modulus

ASTM D3039 (tap attach)

ASTM D638 (dog-bone)

0°

590°

fab.

Compressive Strength and

ModulusASTM D695

0°

590°

fab.

Flexural Strength and

ModulusASTM D790 (long beam)

0°

590°

fab.

Interlaminar Shear Strength

ASTM D2344 (short beam)

ASTM D5379 (Iosipescu)

(only unidirectional)

0° 5

ASTM D3846

0°

590°

fab.

In-plane Shear Strength

and Modulus

ASTM D5379 (Iosipescu)

(UD or [0/90]ns)0 5

ASTM D3518

(only ±45° laminates)0 5

ASTM D4255 (rail shear)

(only unidirectional)0 5

Impact Strength ASTM D256 (Izod)

0°

590°

fab.

Compression after Impact 5

Fracture toughness

ASTM D5528

(mode 1 interlamina)

(only unidirectional)

0° 5

ASTM D5045 (mode 1)

0°

390°

fab.

- 20 -

▣ Adhesive JointAdhesive JointAdhesive JointAdhesive Joint

Test Standard 종류 시편갯수

Single Lap Shear Adhesive

Joint

ASTM D5868

ASTM D3163

0°

90°

fab.

5(?)

ASTM D3165 (Laminated)

ASTM D3983

(Thick-adherend)

ASTM D4896

Double Lap Shear Adhesive

JointASTM D3258

0°

590°

fab.

▣ Phsycal PropertiesPhsycal PropertiesPhsycal PropertiesPhsycal Properties

Test Standard 종류 시편갯수

Specific gravity and

Density

ASTM D792

ASTM D15055(?)

Water Absorbtion, 24H

ASTM D570

ASTM D5229

ASTM D5795

3

Barcol Hardness ASTM D25835~21 tests per

specimen

Thermal Expansion

CoeffecientASTM D696

0°

5(?)90°

fab.

- 21 -

▣ Thermal PropertiesThermal PropertiesThermal PropertiesThermal Properties

Test Standard 종류 시편갯수

Thermal Conctivity ASTM C177

0°

5(?)90°

fab.

Heal Distortion

Temperature (resins)

ASTM D648

ASTM D1637

0°

290°

fab.

▣ Chemical PropertiesChemical PropertiesChemical PropertiesChemical Properties

Test Standard 종류 시편갯수

Corrosion Resistance ASTM D4350 3

Chemical ResistanceASTM D543

ASTM C581test after aciding

Flammability ASTM D635 10

▣ Auxiliary PropertiesAuxiliary PropertiesAuxiliary PropertiesAuxiliary Properties

Creep & Rapture

ASTM D2990

ASTM C1337

ASTM F1276

0°

2X#90°

fab.

Fatigue

ASTM D3479

ASTM D671

ASTM F1293

0° type of

test

table.16~2

4

90°

fab.

Vibration-DampingASTM E756

ASTM D3999

0°

5(?)90°

fab.

Sliding Wear ASTM G137

0°

5(?)90°

fab.

Surface Roughness

ASTM F1438

ASTM F1048

ASTM E1364

ASTM E1274

ASTM E1082

- 22 -

▣ Function PropertiesFunction PropertiesFunction PropertiesFunction Properties

Microwave AbsorbingASTM F1500

ASTM F1349

Dielectric Perrmittivity &

Mametic Permeability

ASTM A893

ASTM D5568

ASTM D3380

ASTM D2520

복합재 기초 물성 측정복합재 기초 물성 측정복합재 기초 물성 측정복합재 기초 물성 측정2.3.22.3.22.3.22.3.2

주 성도의 현재까지의 복합재 제조 공정은 전술한 바와 같이 수적층법에 의한 것( )

이지만 본 과제에서는 액상 성형에 대한 제반 기술을 지원하고 있다 액상 성형에, .

의해 제조된 복합재는 수적층법에 의한 복합재보다 섬유 체적율이 월등히 높고 사

용 보강재나 수지를 다양화하기가 용이하므로 이들을 이용하여 구조물을 설계하기,

위해서는 이들 복합재에 대한 기초 물성 의 확보가 필수적이다 따라서 본 과제DB .

에서는 향후 사용이 많을 것으로 예측되는 보강 매트 및 수지에 대한 기초 물성을

측정하여 주 성도에 제공하였다( ) .

시험 종류시험 종류시험 종류시험 종류■■■■

- 인장 압축(ASTM D3039), (ASTM D3410)

층간 전단(ASTM D2344)

■ 수지 종류 종수지 종류 종수지 종류 종수지 종류 종: 3: 3: 3: 3

불포화폴리에스터 비닐에스터 에폭시- (UP), (VE), (EP)

■ 보강 섬유보강 섬유보강 섬유보강 섬유: DBLT850-E06: DBLT850-E06: DBLT850-E06: DBLT850-E06

- 23 -

■ 적층 뒤집은적층 뒤집은적층 뒤집은적층 뒤집은: [0/ 0]: [0/ 0]: [0/ 0]: [0/ 0]3333 총총총총, 6plies, 6plies, 6plies, 6plies

에폭시 위로부터 층간전다 압축 인장 시편에폭시 위로부터 층간전다 압축 인장 시편에폭시 위로부터 층간전다 압축 인장 시편에폭시 위로부터 층간전다 압축 인장 시편(a) ( , , )(a) ( , , )(a) ( , , )(a) ( , , )

비닐에스터 위로부터 층간전단 압축 인장 시편비닐에스터 위로부터 층간전단 압축 인장 시편비닐에스터 위로부터 층간전단 압축 인장 시편비닐에스터 위로부터 층간전단 압축 인장 시편(b) ( , , )(b) ( , , )(b) ( , , )(b) ( , , )

그림 제작된 각종 시험용 시편 현상그림 제작된 각종 시험용 시편 현상그림 제작된 각종 시험용 시편 현상그림 제작된 각종 시험용 시편 현상3-4.3-4.3-4.3-4.

- 24 -

▣ 인장시험인장시험인장시험인장시험

시험방법- : ASTM D3039

cross head speed: 2mm/min

측정방법Modulus : 1000-3000에서 측정

시험환경- temperature: 21.3 , humidity: 58%℃

시험 진행 사진 및 시험 전후 시편 형상-

그림 인장시험장면그림 인장시험장면그림 인장시험장면그림 인장시험장면3-6.3-6.3-6.3-6. 에폭시에폭시에폭시에폭시(a)(a)(a)(a)

비닐에스터비닐에스터비닐에스터비닐에스터(b)(b)(b)(b) 불포화폴리에스터불포화폴리에스터불포화폴리에스터불포화폴리에스터(c)(c)(c)(c)

그림 시험 전후의 시험편의 사진그림 시험 전후의 시험편의 사진그림 시험 전후의 시험편의 사진그림 시험 전후의 시험편의 사진3-7.3-7.3-7.3-7.

- 25 -

인장시험 결과인장시험 결과인장시험 결과인장시험 결과DBLT850/EPDBLT850/EPDBLT850/EPDBLT850/EP■■■■

- 26 -

그림 강성도 결정시의 변형율 응력 그래프그림 강성도 결정시의 변형율 응력 그래프그림 강성도 결정시의 변형율 응력 그래프그림 강성도 결정시의 변형율 응력 그래프3-8. -3-8. -3-8. -3-8. -

그림 포와송비 결정시의 응력 변형율 그래프그림 포와송비 결정시의 응력 변형율 그래프그림 포와송비 결정시의 응력 변형율 그래프그림 포와송비 결정시의 응력 변형율 그래프3-9. -3-9. -3-9. -3-9. -

- 27 -

그림 변형율 응력 전체 거동 그래프그림 변형율 응력 전체 거동 그래프그림 변형율 응력 전체 거동 그래프그림 변형율 응력 전체 거동 그래프3-10. -3-10. -3-10. -3-10. -

- 28 -

인장시험 결과인장시험 결과인장시험 결과인장시험 결과DBLT850/VEDBLT850/VEDBLT850/VEDBLT850/VE■■■■

- 29 -

그림 강성도 결정시의 변형율 응력 그래프그림 강성도 결정시의 변형율 응력 그래프그림 강성도 결정시의 변형율 응력 그래프그림 강성도 결정시의 변형율 응력 그래프3-11. -3-11. -3-11. -3-11. -

그림 포와송비 결정시의 응력 변형률 그래프그림 포와송비 결정시의 응력 변형률 그래프그림 포와송비 결정시의 응력 변형률 그래프그림 포와송비 결정시의 응력 변형률 그래프3-12. -3-12. -3-12. -3-12. -

- 30 -

그림 변형율 응력 전체 거동 그래프그림 변형율 응력 전체 거동 그래프그림 변형율 응력 전체 거동 그래프그림 변형율 응력 전체 거동 그래프3-13. -3-13. -3-13. -3-13. -

- 31 -

인장시험 결과인장시험 결과인장시험 결과인장시험 결과DBLT850/UPDBLT850/UPDBLT850/UPDBLT850/UP■■■■

- 32 -

그림 변형율 응력 전체 거동 그래프그림 변형율 응력 전체 거동 그래프그림 변형율 응력 전체 거동 그래프그림 변형율 응력 전체 거동 그래프3-14. -3-14. -3-14. -3-14. -

그림 강성도 결정시의 변형율 응력 그래프그림 강성도 결정시의 변형율 응력 그래프그림 강성도 결정시의 변형율 응력 그래프그림 강성도 결정시의 변형율 응력 그래프3-15. -3-15. -3-15. -3-15. -

- 33 -

그림 포와송비 결정시의 응력 변형율 그래프그림 포와송비 결정시의 응력 변형율 그래프그림 포와송비 결정시의 응력 변형율 그래프그림 포와송비 결정시의 응력 변형율 그래프3-16. -3-16. -3-16. -3-16. -

- 34 -

▣ 압축시험압축시험압축시험압축시험

시험방법- : ASTM D3410

cross head speed: 1.5mm/min

측정방법Modulus : 1000-3000에서 측정

시험환경- temperature: 21.3 , humidity: 58%℃

시험 진행 사진 및 시험 전후 시편 형상-

그림 압축 시험 장면그림 압축 시험 장면그림 압축 시험 장면그림 압축 시험 장면3-17.3-17.3-17.3-17. 에폭시에폭시에폭시에폭시(a)(a)(a)(a)

비닐 에스터비닐 에스터비닐 에스터비닐 에스터(b)(b)(b)(b) 불포화폴리에스터불포화폴리에스터불포화폴리에스터불포화폴리에스터(c)(c)(c)(c)

그림 시험 전후의 시편 형상그림 시험 전후의 시편 형상그림 시험 전후의 시편 형상그림 시험 전후의 시편 형상3-18.3-18.3-18.3-18.

- 35 -

압축시험 결과압축시험 결과압축시험 결과압축시험 결과DBLT850/EPDBLT850/EPDBLT850/EPDBLT850/EP■■■■

- 36 -

압축시험 결과압축시험 결과압축시험 결과압축시험 결과DBLT850/VEDBLT850/VEDBLT850/VEDBLT850/VE■■■■

- 37 -

압축시험 결과압축시험 결과압축시험 결과압축시험 결과DBLT850/UPDBLT850/UPDBLT850/UPDBLT850/UP■■■■

- 38 -

▣ 층간전단시험층간전단시험층간전단시험층간전단시험

시험방법- : ASTM D2344

cross head speed: 1.3mm/min

시험환경- temperature: 21.3 , humidity: 58%℃

시험 진행-

그림 층간전단시험 장면그림 층간전단시험 장면그림 층간전단시험 장면그림 층간전단시험 장면3-19.3-19.3-19.3-19.

그림 시험 전과 시험 후의 시편 뒷면 측면그림 시험 전과 시험 후의 시편 뒷면 측면그림 시험 전과 시험 후의 시편 뒷면 측면그림 시험 전과 시험 후의 시편 뒷면 측면3-20. ·3-20. ·3-20. ·3-20. ·

- 39 -

층간전단시험 결과층간전단시험 결과층간전단시험 결과층간전단시험 결과DBLT850/EPDBLT850/EPDBLT850/EPDBLT850/EP■■■■

- 40 -

층간전단시험 결과층간전단시험 결과층간전단시험 결과층간전단시험 결과DBLT850/VEDBLT850/VEDBLT850/VEDBLT850/VE■■■■

- 41 -

층간전단시험 결과층간전단시험 결과층간전단시험 결과층간전단시험 결과DBLT850/UPDBLT850/UPDBLT850/UPDBLT850/UP■■■■

- 42 -

그림 복합재의 층간 전단 시험시 변위 하중 그래프그림 복합재의 층간 전단 시험시 변위 하중 그래프그림 복합재의 층간 전단 시험시 변위 하중 그래프그림 복합재의 층간 전단 시험시 변위 하중 그래프3-21. DBLT/EP -3-21. DBLT/EP -3-21. DBLT/EP -3-21. DBLT/EP -

그림 복합재의 층간 전단 시험시 변위 하중 그래프그림 복합재의 층간 전단 시험시 변위 하중 그래프그림 복합재의 층간 전단 시험시 변위 하중 그래프그림 복합재의 층간 전단 시험시 변위 하중 그래프3-22. DBLT/VE -3-22. DBLT/VE -3-22. DBLT/VE -3-22. DBLT/VE -

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그림 복합재의 층간전단 시험시 변위 하중 그래프그림 복합재의 층간전단 시험시 변위 하중 그래프그림 복합재의 층간전단 시험시 변위 하중 그래프그림 복합재의 층간전단 시험시 변위 하중 그래프3-23. DBLT/UP -3-23. DBLT/UP -3-23. DBLT/UP -3-23. DBLT/UP -

기타 지원 사항 상세 내역은 부록참조기타 지원 사항 상세 내역은 부록참조기타 지원 사항 상세 내역은 부록참조기타 지원 사항 상세 내역은 부록참조▣▣▣▣

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