카본의 숨겨진 손상 수정

2023년 8월 7일

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사실 확인된

교정하다

싱가포르 뉴캐슬 대학교

Wei Liang Lai 박사가 지도교수인 Kheng Lim Goh 부교수와 함께 싱가포르와 영국 연구진이 탄소 섬유 소재의 눈에 보이지 않는 손상을 복구하기 위한 휴대용 장치를 개발했습니다. 이 장치는 상업용 항공기의 동체 수리 등 항공우주 산업에서 큰 잠재력을 갖고 있습니다. 그들의 연구는 Polymers for Advanced Technologies 저널에 게재되었습니다.

탄소 섬유와 에폭시로 만든 재료의 거의 보이지 않는 손상을 수정하기 위한 새로운 휴대용 장치가 개발되었습니다. 연구진은 16층과 24층의 서로 다른 층 수를 가진 재료에서 이 장치를 테스트하고 일반 에폭시, 할로이사이트 나노튜브(E1HNT)라는 특수 입자와 혼합된 에폭시, 탄소 나노튜브(NF100,라고도 알려진)와 혼합된 에폭시 등 세 가지 유형의 접착제를 시도했습니다. Nano-Tech SPA의 "NanoForce E100" 그들은 적외선 기술과 압축 테스트를 사용하여 수리가 얼마나 잘 이루어졌는지 확인했습니다.

불행히도 손상된 모든 재료는 손상되지 않은 재료보다 훨씬 약했습니다. 연구원들은 재료의 층 수가 수리 효과에 영향을 미치는 가장 중요한 요소라는 것을 발견했습니다. 16층 소재의 경우 진공 상태에서 일반 에폭시나 E1HNT를 사용하는 것이 신축성을 복원하는 데 가장 효과적이었고, 일반 대기압에서 E1HNT 접착제를 사용하는 것이 균열을 고정하는 데 가장 효과적이었습니다.

하지만 24겹 소재의 경우 손상이 더 복잡해 수리를 해도 원래의 강도를 완전히 회복하지 못했습니다. 연구자들은 재료의 특정 특성을 복원하는 데 어떤 수리 방법이 가장 효과적인지 논의했습니다.

이 연구에 앞서 연구원들은 손상된 복합 재료를 수리하는 데 가장 적합한 수지를 찾기 위해 다양한 유형의 수지의 특성을 연구했습니다. 연구진은 접착제에 혼합할 수 있는 할로이사이트 나노튜브(HNT)와 탄소나노튜브(CNT)를 사용해 손상된 소재를 더 효과적으로 고정할 수 있다는 점을 고려했습니다. 그러나 이러한 입자-접착제 혼합물의 제조 방법, 사용된 입자 유형의 영향, 입자 첨가량 등의 요소를 고려하여 이러한 입자-접착제 혼합물이 얼마나 잘 작동하는지 확인해야 했습니다.

그들은 시중에서 판매되는 두 가지 접착제인 Epo-Tek 301과 NanoForce E100을 연구했으며, 다양한 양의 HNT를 포함하는 Epo-Tek 301, 처리된 CNT와 처리되지 않은 CNT를 포함하는 Epo-Tek 301의 혼합물도 준비했습니다.

그들은 이러한 접착제의 강도(Sensorcraft Technology (S) Pte Ltd와 싱가포르의 Newcastle University 연구원들이 공동으로 개발한 전용 마이크로 기계 테스터를 사용하여), 사물에 얼마나 잘 붙어 있는지, 물리적 특성(예: 열을 처리하는 능력과 화학적 특성이 퍼져 나갑니다.

결과에 따르면 Epo-Tek 301에 HNT를 1% 첨가해도 특성이 크게 변하지 않았지만 HNT를 더 많이 사용하면 접착제가 약해지고 열에 노출되면 거동이 바뀌는 것으로 나타났습니다. 반면에 CNT를 첨가해도 접착제의 특성이 더 좋아지지는 않았습니다. 실제로 CNT를 사용한 접착제는 두꺼워지고 손상된 부분에 잘 스며들지 않아 복합재료 보수에 적합하지 않을 수 있다.

따라서 손상된 복합재료를 수리하기 위한 접착제를 선택할 때 이러한 모든 요소를 ​​고려하여 현명하게 선택하는 것이 중요합니다.

추가 정보: WL Lai 외, 거의 눈에 띄지 않는 충격으로 손상된 탄소 섬유 강화 에폭시 적층판을 수리하기 위한 현장 수지 주입 접근법: Taguchi 방법을 사용한 수리 매개변수 최적화, 폴리머 복합재(2023). DOI: 10.1002/pc.27327