화학공학소재연구정보센터
홈 로그인 로그아웃 연락처 사이트맵
Polymer(Korea), Vol.28, No.4, 285-290, July, 2004
Export Citation
전기적-미세역학 시험법과 음향 방출을 이용한 탄소 나노튜브와 나노섬유 강화 에폭시 복합재료의 비파괴 손상 감지능
Nondestructive Damage Sensitivity of Carbon Nanotube and Nanofiber/Epoxy Composites using Electro-Micromechanical Technique and Acoustic Emission
김대식, 박종만†, 김태욱1
  • 경상대학교 응용화학공학부/고분자공학전공, 공학연구원
  • 1한국기계연구원 복합재료그룹
Dae-Sik Kim, Joung-Man Park†, and Tae-Wook Kim1
  • Department of Polymer Science and Engineering, Engineering Research Institute, Gyeongsang National University, Jinju 660-701, Korea
  • 1Composite Materials Group, Korea Institute of Machinery and Materials, Changwon 641-010, Korea
E-mail:
초록
전기적-미세역학 시험법을 이용하여 탄소 나노튜브와 탄소 나노섬유로 강화된 에폭시 복합재료의 비파괴 손상 감지능에 대해 고찰하였다. 카본블랙은 탄소 나노튜브 및 탄소 나노섬유와 비교하기 위해 사용하였다. 두 기지 복합재료 시험에서 탄소 섬유의 파단은 전기저항 변화 측정과 함께 음향방출을 이용하여 동시에 감지하였고 탄소나노복합재료 내부에 함침된 탄소 섬유에 대한 응력 감지는 반복 하중 하에서 전기적-pullout 시험법을 이용하여 수행하였다. 같은 부피 함량에서 섬유파단, 기지재료 변형 및 응력에 대한 감지능은 탄소 나노튜브/에폭시 복합재료에서 가장 높았으며, 카본블랙의 경우가 가장 낮았다. 전기적물성 및 손상 감지능은 탄소나노복합재료의 형상학적인 관찰 결과와 상호 비교하였다. 본 연구에서 탄소 나노재료의 균일한 분산은 손상 감지능을 높이기 위한 가장 중요한 요인으로 고려되며, 탄소 나노복합재료에 대한 손상감지는 전기저항 측정과 음향 방출을 이용하여 비파괴적으로 평가할 수 있었다.
Nondestructive damage sensitivity of carbon nanotube (CNT) and nanofiber (CNF)/epoxy composites with their adding contents was investigated using electro-micromechanical technique. Carbon black (CB) was used only for the comparison with CNT and CNF. The fracture of carbon fiber was detected by acoustic emission (AE), which was correlated to the change in electrical resistance, ΔR under double-matrix composites (DMC) test. Stress sensing on carbon nanocomposites was performed by electro-pullout test under uniform cyclic loading. At the same volume fraction, the damage sensitivity for fiber fracture, matrix deformation and stress sensing were highest for CNT/epoxy composite, whereas for CB/epoxy composite they were the lowest among three carbon nanomaterials (CNMs). Damage sensitivity was correlated with morphological observation of carbon nanocomposites. Homogeneous dispersion among CNMs could be keying parameters for better damage monitoring. In this study, damage sensing of carbon nanocomposites could be evaluated well nondestructively by the electrical resistance measurement with AE.
Keywords:Nanocomposites;smart materials;electrical properties;non-destructive testing;acoustic emission
  1. Thostenson ET, Ren Z, Chou TW, Compos. Sci. Technol., 61, 1889 (2002) 
  2. Fujiwara A, Iijima R, Suematsu H, Kataura H, Maniwa Y, Suzuki S, Achiba Y, Physica B, 323, 227 (2002) 
  3. Lourie O, Wagner HD, Compos. Sci. Technol., 59, 975 (1999) 
  4. Pipes RB, Hubert P, Compos. Sci. Technol., 62, 419 (2002) 
  5. Allaoui A, Bai S, Cheng HM, Bai B, Compos. Sci. Technol., 62, 1993 (2002) 
  6. Sandler J, Shaffer MSP, Prasse T, Bauhofer W, Schulte K, Windle AH, Polymer, 40(21), 5967 (1999) 
  7. Bubert H, Haiber S, Brandl W, Marginean G, Heintze M, Bruser V, Diamond Relat. Mater., 12, 811 (2003) 
  8. Park C, Ounaies Z, Watson KA, Chem. Phys. Lett., 364, 303 (2002) 
  9. Kymakis E, Alexandou I, Amaratunga GAJ, Synth. Met., 127, 59 (2002) 
  10. Li YH, Wei J, Zhang X, Xu C, Wu D, Lu L, Wei B, Chem. Phys. Lett., 365, 95 (2002) 
  11. Feller JF, Linossier I, Grohens Y, Mater. Lett., 57, 64 (2002) 
  12. Vil Akova J, Saha P, Quadrat O, Eur. Polym. J., 38, 2343 (2002) 
  13. Chen GH, Wu CL, Weng WG, Wu DJ, Yan WL, Polymer, 44(6), 1781 (2003) 
  14. Park JM, Lee SI, Kim KW, Yoon DJ, J. Colloid Interface Sci., 237(1), 80 (2001) 
  15. Wang S, Lee SI, Chung DDL, Park JM, Compos. Interfaces, 8, 435 (2001) 
  16. Wang X, Chung DDL, Compos. Interfaces, 5, 277 (1998)
  17. Park JM, Kong JW, Kim DS, Lee JR, Polym.(Korea), 27(3), 189 (2003)