장섬유강화 복합재료 구조물의 기계적 접합을 위한 스테인레스 강 인서트 설계

Abstract

장섬유강화 복합재료는 기존의 연속섬유강화 복합재료에 비해 우수한 생산 효율성과 복잡한 형상의 성 형성에 대해 장점을 가지고 있다. 하지만 지나치게 복잡한 복합재료 형상을 제작하거나 서로 다른 재료로 제작된 부품들을 조립/체결해야 하는 경우 다양한 접합 방법들이 필요하다. 일반적으로 LFPS(Long Fiber Prepreg Sheet)는 성형 후 탈형을 쉽게 하기 위해 LFPS안에 이형제가 포함되어 있다. 그러므로 적절한 접합 강도를 위해 접착법과 더불어 기계적인 체결이 요구된다. 본 연구에서 열성형 공정을 통해 LFPS를 경화하고 스테인레스 강 인서트를 접착하는 동시경화 접착을 위한 스테인레스 강 인서트를 제안하였다. 성형공정 동안 펼쳐지는 스테인레스 강 인서트의 날개는 접착력과 기계적인 고정(Mechanical wedging)의 효과를 유발하여 인발력에 저항할 수 있는 갈고리 역할을 한다. 복합재료에 삽입된 인서트 날개들의 펼쳐진 상태를 확인하기 위해 소각 방법을 사용하였다. 그리고 접합 강도를 정량적으로 평가하기 위해 인발시험(Pull-out test)을 수행하였다. 이러한 실험들을 통해 가장 적절한 접합 강도를 보장하는 조건을 도출하였다.

Long Fiber-reinforced composites have advantages of excellent production efficiency and formability of complex shapes compared to conventional continuous fiber reinforced composite materials. However, if we need to make complicated composite shapes or to assemble parts made of different materials, a variety of joining methods are needed. In general, long fiber prepreg sheet (LFPS) contains mold release agent to facilitate demolding after thermoforming. Therefore, mechanical fastening is required in addition to the adhesive bonding to get proper joining strength. In this study, we proposed a stainless steel insert for co-cure bonding which cures LFPS and bonds the stainless steel insert through thermoforming process. The wing of the insert which is spread during the thermoforming process induces adhesion and mechanical wedging effect and serves as a hook to resist the pulling force. The burn-out method was used to confirm the unfolded state of the stainless steel insert wings inserted into the composite material. The static pull-out test was performed to quantitatively evaluate the joining strength. From these experimental results, the condition which guarantees the most appropriate joining strength was derived.