KR100682547B1

KR100682547B1 - Method for nondestructive damage sensing of carbon nanotube and nanofiber/epoxy composites using electro-micromechanical test and acoustic emission

Info

Publication number: KR100682547B1
Application number: KR1020040028688A
Authority: KR
Inventors: 박종만; 김대식
Original assignee: 경상대학교산학협력단
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2007-02-15
Also published as: KR20050103409A

Abstract

본 발명은 전기저항 변화와 음향방출을 이용하여 탄소나노튜브(CNT)와 나노섬유(CNF) 강화 에폭시 복합재료로 구성된 전도성 탄소나노복합재료 내부에 함침된 탄소 단섬유의 파단과 상기 탄소나노복합재료 자체의 변형을 비파괴적으로 감지 및 측정하는 방법임을 특징으로 한다.The present invention is the breakdown of the short carbon fibers impregnated inside the conductive carbon nanocomposite material composed of carbon nanotubes (CNT) and nanofibers (CNF) reinforced epoxy composite using a change in electrical resistance and acoustic emission and the carbon nanocomposite material It is characterized by a method of non-destructively detecting and measuring its deformation.

본 발명에서, 상기 전기저항변화에 의한 측정은 상기 탄소나노복합재료에 상기 탄소 단섬유가 함침된 내부기지재료와 순수 에폭시 외부기지재료로 구성되어 있는 이중 매트릭스 복합체에서, 상기 탄소섬유에 전기저항측정을 위한 전기접점을 형성하고, 상기 복합체에 지그를 이용하여 인장하중을 가하여 섬유를 파단시킨 후 음향방출과 함께 상기 내부기지재료의 전기저항의 변화를 감지 및 측정하여서 전도성 탄소나노복합재료 내부에 함침된 탄소 단섬유의 파단과 상기 탄소나노복합재료 자체의 변형을 비파괴적으로 감지 및 측정하게 된다. In the present invention, the measurement by the electrical resistance change in the double matrix composite consisting of the inner base material and the pure epoxy outer base material impregnated with the short carbon fibers in the carbon nanocomposite material, the electrical resistance measurement on the carbon fiber An electrical contact is formed for the composite, and a tensile load is applied to the composite using a jig to break the fiber, and then the acoustic emission and the change in the electrical resistance of the internal base material are sensed and measured to impregnate the inside of the conductive carbon nanocomposite material. The fracture of the short carbon fibers and the deformation of the carbon nanocomposite itself are nondestructively detected and measured.

전기저항 측정, 탄소나노튜브 (CNT), 나노섬유 (CNF) 강화 에폭시 복합재료, 비파괴 손상 감지, Double-matrix composites (DMC)시험법Electrical resistance measurement, carbon nanotube (CNT), nanofiber (CNF) reinforced epoxy composites, non-destructive damage detection, double-matrix composites (DMC) test method

Description

전기저항 측정과 음향방출을 이용한 탄소 나노튜브와 나노섬유 강화 에폭시 복합재료의 비파괴적 손상 감지방법 {Method for nondestructive damage sensing of carbon nanotube and nanofiber/epoxy composites using electro-micromechanical test and acoustic emission}Method for nondestructive damage sensing of carbon nanotube and nanofiber / epoxy composites using electro-micromechanical test and acoustic emission}

도 1은 이중 매트릭스 복합체(Double-matrix composites : DMC)의 시험과정을 도식화한 것이다. 1 is a schematic diagram of a test procedure of double-matrix composites (DMC).

도 2는 DMC 시험에서 CNT 복합재료에 대한 손상 감지능을 부피비에 따라 나타낸 것으로 도 2a는 0.1 부피% CNT 그리고 도 2b는 0.5 부피% CNT에 대한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 2 shows the damage detection capacity for the CNT composite in the DMC test according to the volume ratio, Figure 2a is a graph showing the results for 0.1% by volume CNT and Figure 2b is 0.5% by volume CNT.

도 3은 DMC 시험에서 CNT 복합재료의 함량에 따른 전기저항 변화를 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing the electrical resistance change according to the content of the CNT composite material in the DMC test.

도 4는 DMC 시험에서 탄소나노복합재료의 손상 감지능을 나타낸 나타낸 것으로 도 4a는 2.0 부피% CNF 그리고 도 4b는 7.0 부피% CB에 대한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 4 shows the damage detection of the carbon nanocomposite in the DMC test, Figure 4a is a graph showing the results for 2.0% by volume CNF and Figure 4b 7.0% by volume CB.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

11 ---- 탄소나노복합재료 12 ---- 탄소섬유11 ---- Carbon Nanocomposites 12 ---- Carbon Fiber

13 ---- 내부기지재료 14 ---- 외부기지재료13 ---- Internal Base Material 14 ---- External Base Material

15 ---- 구리선 16 ---- 은 페이스트15 ---- copper wire 16 ---- silver paste

17 ---- 지그 18 ---- 디지털 멀티미터17 ---- jig 18 ---- digital multimeter

19 ---- 음향방출시스템 20 ---- 전치증폭기19 ---- acoustic emission system 20 ---- preamplifier

본 발명은 전기저항 측정과 음향방출을 이용하여 탄소나노튜브 (CNT)와 나노섬유 (CNF) 강화 에폭시 복합재료의 손상을 비파괴적으로 감지하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for nondestructively detecting the damage of carbon nanotubes (CNT) and nanofibers (CNF) reinforced epoxy composites using electrical resistance measurement and acoustic emission.

탄소나노튜브(CNT)나 나노섬유(CNF)와 같은 탄소나노재료(CNM) 강화 고분자 복합재료는 우수한 기계적 전기적 물성 때문에 최근에 이에 대한 관심이 급격하게 증가하고 있는 추세이다. 탄소나노 복합재료는 상대적으로 적은 탄소나노재료 함량에서도 우수한 강성도와 강도 및 전기전도성을 가지는 장점이 있다. 우수한 기계적물성과 전기 전도성을 가지는 탄소나노복합재료는 우주항공용 소재뿐만 아니라 전자파 차폐용 소재로도 응용 가능하다. Carbon nanomaterials (CNM) reinforced polymer composites, such as carbon nanotubes (CNT) and nanofibers (CNF) have recently been increasing interest in this because of their excellent mechanical and electrical properties. Carbon nanocomposites have the advantage of having excellent stiffness, strength and electrical conductivity even at relatively low carbon nanomaterial content. Carbon nanocomposites with excellent mechanical properties and electrical conductivity can be applied not only for aerospace materials but also for electromagnetic wave shielding materials.

탄소나노재료 강화 고분자복합재료의 전기적 기계적물성은 탄소나노재료의 고유물성, 분산도, 배향 방향, 계면접착력, 형상비 그리고 함량과 같은 많은 인자들에 의해 영향을 받는다. 특히 분산도는 전기적물성에 영향을 미치는 가장 중요한 요소로 알려져 있다. 탄소나노 고분자복합재료가 전도성을 가지기 위해서는 강화재로 사용된 탄소나노재료가 3차원 네트워크 구조를 가져야 하며, 최소 첨가량에 의 해 형성된 이러한 구조를 '퍼콜레이션(percolation) 구조'라고 한다. CNT 및 CNF는 카본블랙(CB)이나 금속과 같은 분말 형태의 강화재와 비교하여 보다 더 적은 함량에서 퍼콜레이션 구조를 형성하며, 실제 실험적으로 관찰된 퍼콜레이션 구조는 강화재의 형상비에 가장 크게 의존 한다. The electromechanical properties of carbon nanomaterial reinforced polymer composites are influenced by many factors such as intrinsic physical properties, dispersion, orientation direction, interfacial adhesion, shape ratio and content. In particular, the degree of dispersion is known to be the most important factor affecting the electrical properties. In order for the carbon nanopolymer composite material to have conductivity, the carbon nano material used as the reinforcing material should have a three-dimensional network structure. Such a structure formed by the minimum amount of addition is called a percolation structure. CNT and CNF form percolation structures at a lower content compared to powdered reinforcements such as carbon black (CB) or metals, and the actual experimentally observed percolation structures are most dependent on the aspect ratio of the reinforcements.

전기저항 측정을 이용하는 전기-마이크로 역학(electro-micromechanical) 시험법은 전도성을 가지는 강화 섬유 자체가 센서의 역할을 하기 때문에 경제적인 새로운 비파괴평가 방법으로서 강화섬유의 하중/변형 감지 및 복합재료의 계면물성 평가 연구에 적용할 수 있다. 전기-마이크로역학 시험법은 첫 번째 섬유 파단에 대한 감지는 가능하나 연속적인 파단에 대해서는 감지가 어렵다는 단점이 있다. 만일 기지재료 자체가 전도성을 가진다면 연속적인 섬유파단에 대한 감지가 가능하다. Electro-micromechanical test method using electrical resistance measurement is an economical new non-destructive evaluation method because the conductive reinforcing fiber itself acts as a sensor, and it is the detection method of load / strain of reinforcing fiber and the interfacial property of composite material. Applicable to evaluation studies. The electro-micromechanical test has the disadvantage of being able to detect the first fiber break but difficult to detect it at successive breaks. If the base material itself is conductive, it can detect continuous fiber breakage.

전기저항 측정을 이용한 손상 감지 방법은 이미 다른 연구자들에 의해서 많은 연구가 진행되어 있지만 주로 실제 복합재료인 전도성 섬유강화 라미네이트나 특히 전도성 세라믹 기지재료 복합재료에서 섬유파단을 포함하는 복합재료 자체의 손상에 주로 적용하고 있고 본 발명에서와 같이 섬유파단 하나 하나에 대해서 그리고 전도성 탄소나노복합재료를 사용하여 감지하는 기술은 아직 보고 된 바 없다. The damage detection method using electric resistance measurement has already been studied by other researchers, but mainly due to the damage of the composite material itself including fiber breakage in the actual composite conductive fiber reinforced laminate or especially the conductive ceramic matrix composite material. It is mainly applied and a technique for detecting the fiber breaks and using the conductive carbon nanocomposites as in the present invention has not been reported yet.

이에 본 발명자들은 전기저항 변화 측정을 이용하여 전도성 탄소나노복합재료 내부에 함침된 탄소 단섬유의 파단과 탄소나노복합재료 자체의 변형을 음향방출과 동시에 적용하여 정확하게 감지할 수 있음을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.Accordingly, the present inventors have found that the breakdown of the short carbon fibers impregnated inside the conductive carbon nanocomposite material and the deformation of the carbon nanocomposite material itself can be accurately sensed simultaneously with the acoustic emission by using the electrical resistance change measurement. Came to.

본 발명은 음향방출과 연관시켜 전기저항 측정을 이용한 전도성 탄소나노복합 재료 내부에 함침된 전도성 탄소섬유의 파단 및 탄소나노복합재료 자체의 변형을 감지하는데 그 목적이 있는 것이다.It is an object of the present invention to detect breakage of conductive carbon fibers impregnated inside a conductive carbon nanocomposite material and deformation of the carbon nanocomposite itself by using electrical resistance measurement in association with acoustic emission.

본 발명에서, 상기 음향방출은 이중 매트릭스 복합체에서, 상기 탄소섬유에 전기저항측정을 위한 전기접점을 형성하고, 상기 복합체를 인장하중을 가하여 섬유를 파단시킨 후 음향방출과 함께 상기 내부기지재료의 전기저항의 변화를 감지 및 측정하여서 전도성 탄소나노복합재료 내부에 함침된 탄소 단섬유의 파단과 상기 탄소나노복합재료 자체의 변형을 비파괴적으로 감지 및 측정하게 된다.In the present invention, the acoustic emission in the double matrix composite, to form an electrical contact for measuring the electrical resistance to the carbon fiber, and to break the fiber by applying a tensile load to the composite after the acoustic emission of the internal base material By detecting and measuring the change in resistance, the fracture of the short carbon fibers impregnated inside the conductive carbon nanocomposite and the deformation of the carbon nanocomposite itself are nondestructively detected and measured.

이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

첨부도면 중 도 1은 이중 매트릭스 복합체(Double-matrix composites : DMC)의 시험과정을 도식화한 것이고, 도 2는 DMC 시험에서 CNT 복합재료에 대한 손상 감지능을 부피비에 따라 나타낸 것으로 도 2a는 0.1 부피% CNT 그리고 도 2b는 0.5 부피% CNT에 대한 결과를 나타낸 그래프이며, 도 3은 DMC 시험에서 CNT 복합재료의 함량에 따른 전기저항 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4는 DMC 시험에서 탄소나노복합재료의 손상 감지능을 나타낸 나타낸 것으로 도 4a는 2.0 부피% CNF 그리고 도 4b는 7.0 부피% CB에 대한 결과를 나타낸 그래프이다.In the accompanying drawings, FIG. 1 is a diagram illustrating a test procedure of double-matrix composites (DMC), and FIG. 2 is a diagram illustrating damage detection ability of CNT composites in a DMC test according to volume ratio. % CNT and Figure 2b is a graph showing the results for 0.5% by volume CNT, Figure 3 is a graph showing the electrical resistance change according to the content of the CNT composite material in the DMC test, Figure 4 is a graph of the carbon nanocomposite material in the DMC test 4A is a graph showing damage detection ability, and FIG. 4A is a graph showing results for 7.0% by volume CB.

CNT 및 CNF는 기지재료에 소량만 첨가해도 전기전도체가 된다. CNT 또는 CNF를 에폭시와 혼합한 탄소나노복합재료(11)에 탄소 단섬유(한 가닥)(12)를 함침 시킨 내부기지재료(13)와 순수 에폭시 외부기지재료(14)로 구성되어 있는 이중-매트릭스 복합체(DMC) 시편에서 전기저항 측정을 위한 전기접점은 내부기지재료(13)에 함침 되어 있는 탄소섬유(12)에 형성 시켰고 이 시편에 지그(17)를 이용하여 인장 하중을 가하게 되면 탄소섬유의 파단이 일어난다. 내부기지재료(13)가 부도체인 경우 첫 번째 탄소섬유 파단이 일어나게 되면 전기저항이 무한대로 증가하지만 내부기지재료가 전도성을 가질 경우에는 내부기지재료(13)인 탄소나노복합재료(11)가 전기 전도성을 가지기 때문에 전기저항은 무한대로 증가하지 않고 탄소섬유(12)의 파단이 계속적으로 진행됨에 따라서 단계적으로 증가한다. CNTs and CNFs become electrical conductors even when only a small amount is added to the matrix material. Double-consisting of an inner base material 13 impregnated with carbon short fibers (one strand) 12 and a pure epoxy outer base material 14 impregnated with carbon nanocomposite material 11 mixed with CNT or CNF with epoxy. The electrical contact for measuring the electrical resistance in the matrix composite (DMC) specimen was formed on the carbon fiber 12 impregnated with the internal base material 13, and when the tensile load was applied using the jig 17, the carbon fiber Break occurs. In the case where the internal base material 13 is a non-conductor, when the first carbon fiber breakage occurs, the electrical resistance increases indefinitely, but when the internal base material has conductivity, the carbon nanocomposite material 11, which is the internal base material 13, is electric. Because of the conductivity, the electrical resistance does not increase indefinitely, but increases step by step as the fracture of the carbon fiber 12 proceeds continuously.

그리고 탄소섬유(12)의 파단이 완전히 이루어지면 전기저항은 탄소나노복합재료(11) 자체의 변형에 따라서 점차적으로 증가하게 된다. 섬유파단의 유무는 이들의 손상 및 결함 등에서 발생하는 탄성파, 즉 음향방출 파형을 음향방출센서를 통해서 감지할 수 있기 때문에 전기저항 변화와 연관시킬 경우 섬유파단 및 탄소나노복합재료 자체의 변형을 정확하게 감지할 수 있다.And when the fracture of the carbon fiber 12 is completely made, the electrical resistance is gradually increased in accordance with the deformation of the carbon nanocomposite material 11 itself. The presence or absence of fiber breakage can detect seismic waves, that is, acoustic emission waveforms generated from damages and defects, through acoustic emission sensors, so that the fiber breakage and deformation of carbon nanocomposite itself can be accurately detected when it is associated with electric resistance change. can do.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail based on the following examples.

실시예 Example

실험재료 : Experimental material:

다중벽 탄소나노튜브 (CNT, 일진 나노텍(주) 제, 한국)와 스트레이트 형상의 탄소나노섬유 (CNF, SDK(주) 제, 일본)를 강화재로 사용하였으며 평균 직경은 각각 20 nm와 150 nm 였다. 평균 직경이 25 nm인 전도성 카본 블랙 (CB, 한국카본블랙(주) 제, 한국)은 CNT 및 CNF와 비교 목적으로 사용하였다. 평균 직경이 8 ㎛인 탄소섬유 (TZ-307, 태광(주) 제, 한국)를 파단 감지 대상 강화재로 사용하였고, 기지재료로는 비스페놀-A 타입의 에폭시수지 (YD-128, 국도화학(주) 제, 한국)를 사용하였다. 에폭시수지의 물성은 경화제인 Jeffamine (폴리옥시프로필렌 디아민, 헌츠만 페트로케미칼(주) 제, 미국) D400과 D2000의 비율을 변화 시키면서 조절하였다. Multi-walled carbon nanotubes (CNT, Iljin Nanotech Co., Korea) and straight carbon nanofibers (CNF, SDK Co., Japan) were used as reinforcing materials and the average diameters were 20 nm and 150 nm, respectively. . Conductive carbon black having an average diameter of 25 nm (CB, manufactured by Korea Carbon Black Co., Ltd.) was used for comparison with CNT and CNF. Carbon fiber (TZ-307, manufactured by Taekwang Co., Ltd.) with an average diameter of 8 µm was used as a reinforcement target for fracture detection, and the base material was a bisphenol-A type epoxy resin (YD-128, Kukdo Chemical Co., Ltd.). ), Korea). The physical properties of the epoxy resin were adjusted by changing the ratio of the curing agent Jeffamine (polyoxypropylene diamine, Huntsman Petrochemical Co., Ltd.) D400 and D2000.

실험방법:Experimental method:

상기 탄소나노재료는 Sonication (울트라소닉, 스크레스트(주)제)을 이용하여 에폭시 수지에 균일하게 분산시켰고 분산매로는 에탄올을 사용하였다. 탄소나노복합재료의 부피저항도는 구리선(15)과 은 페이스트(silver paste)(16)를 이용하여 일정한 간격으로 전기접점을 형성 시킨 후 4탐침(four-point probe) 법을 통한 디지털 멀티미터(digital multimeter: HP344 01A)(18)를 이용하여 측정하였다. The carbon nano material was uniformly dispersed in an epoxy resin by using Sonication (Ultra Sonic, Screst Co., Ltd.), and ethanol was used as the dispersion medium. The volume resistivity of the carbon nanocomposite is formed by using a copper wire 15 and a silver paste 16 to form electrical contacts at regular intervals, and then use a digital multimeter using a four-point probe method. digital multimeter: measured using HP344 01A) (18).

도 1에서, DMC 시험법은 전도성을 가지는 내부 기지재료(13)에 의한 전기저항 변화를 통해서 섬유 파단을 감지하는 방법으로 시편은 탄소섬유(12)가 함침된 탄소나노복합재료 내부기지재료(13)와 순수 에폭시 외부기지재료(14)로 구성되어 있다. 섬유파단은 또한 음향방출 시스템(MISTRAS 2001 시스템, 피에이씨(주) 제)(19)을 이용하여 주어진 시편의 중앙에 음향방출센서를 진공커플런트를 사용하여 고착시키고, 시편의 손상 및 결함 등에서 발생하는 탄성파를 음향방출센서로 감지하였다. 음향방출 센서는 공진형 타입의 피코(Pico) 센서를 사용하였고 가청수준(threshold)과 전치증폭기(preamplifier)(20)는 각각 30 dB와 40 dB로 설정하였다.In FIG. 1, the DMC test method detects fiber breakage through a change in electrical resistance by an internal matrix material 13 having conductivity, and the specimen is a carbon nanocomposite internal base material impregnated with carbon fibers 12. ) And pure epoxy external base material (14). Fiber breaking is also caused by the use of an acoustic emission system (MISTRAS 2001 system, manufactured by PAC Co., Ltd.) (19) to fix the acoustic emission sensor to the center of a given specimen using a vacuum coupler, and to cause damage and defects in the specimen. The acoustic wave was detected by the acoustic emission sensor. The acoustic emission sensor used a resonant type Pico sensor and the threshold and preamplifier 20 were set to 30 dB and 40 dB, respectively.

실험 결과:Experiment result:

비파괴 손상 감지능 : DMC 시험 하에서 전기저항 측정과 음향방출을 이용하여 탄소 나노복합재료의 변형과 내부에 함침된 탄소섬유 파단에 대한 비파괴 손상 감지능을 탄소나노재료의 종류와 첨가된 부피비에 따라 상호 비교하였다. 도 2는 DMC 시험에서 CNT 복합재료에 대한 손상 감지능을 부피비에 따라 나타낸 것으로 도 2a는 0.1 부피% CNT 그리고 도 2b는 0.5 부피% CNT에 대한 결과이다. 0.1 부피% CNT의 경우 전기적으로 부도체이기 때문에 첫 번째 섬유파단이 일어났을 때 전기저항이 무한대로 증가하였다. 그러나 0.5 부피%이상에서는 전기저항과 음향방출에 의해 섬유파단을 동시에 감지할 수 있었다. Non-destructive damage detection capability : The non-destructive damage detection ability for deformation of carbon nanocomposites and fracture of carbon fiber impregnated inside by using electrical resistance measurement and acoustic emission under DMC test is correlated according to the type of carbon nanomaterial and added volume ratio. Compared. Figure 2 shows the damage detection capacity for the CNT composite in the DMC test according to the volume ratio, Figure 2a is 0.1% by volume CNT and Figure 2b is the result for 0.5% by volume CNT. In the case of 0.1 vol% CNTs, which are electrically nonconducting, the electrical resistance increased infinitely when the first fiber break occurred. However, above 0.5% by volume, fiber breakage could be detected simultaneously by electrical resistance and sound emission.

전기저항은 섬유파단이 일어났다 하더라도 CNT에 의해 전기접점이 유지되고 있기 때문에 계속적인 섬유파단에 따라서 단계적으로 증가하였고 이후에는 CNT 복합재료의 자체 변형에 의해서 전기저항은 점차적으로 증가하였다. The electrical resistance gradually increased due to the continuous fiber breakage, even though the fiber breakage was maintained by the CNTs. Afterwards, the electrical resistance gradually increased due to the self-deformation of the CNT composite material.

도 3은 DMC 시험에서 CNT 복합재료의 함량에 따른 전기저항 변화를 도식화한 것이다. CNT 함량이 증가함에 따라 첫 번째 섬유파단에서 전기저항 변화 값은 점차적으로 감소하였고 이후 CNT 복합재료의 변형은 보다 낮은 전기저항 값에서 감지할 수 있었다. 이는 CNT 복합재료의 전기저항은 CNT함량이 증가함에 따라 전기접점이 증가에 의해서 감소되기 때문에 나타난 결과로 고려된다.Figure 3 shows the electrical resistance change according to the content of the CNT composite material in the DMC test. As the CNT content increased, the change in electrical resistance gradually decreased at the first fiber break, and then the deformation of the CNT composite could be detected at lower electrical resistance. This is considered as a result of the electrical resistance of the CNT composite material because the electrical contact decreases with increasing CNT content.

도 4는 DMC 시험에서 탄소나노복합재료의 손상 감지능을 나타낸 것으로 도 4a는 2.0 부피% CNF 그리고 도 4b는 7.0 부피% CB에 대한 결과이다. CNF의 경우 CNT와는 달리 2.0 부피%에서 그리고 CB의 경우 가장 높은 7.0부피%에서만 전기저항을 통해서 탄소섬유 및 나노복합재료의 손상을 감지할 수 있었다. Figure 4 shows the damage detection of the carbon nanocomposite material in the DMC test, Figure 4a is 2.0% by volume CNF and Figure 4b is the result for 7.0% by volume CB. In contrast to CNTs, CNF was able to detect damage to carbon fiber and nanocomposites through electrical resistance at 2.0% by volume and only 7.0% by volume, the highest for CB.

따라서 DMC 시험에서 같은 부피비에서는 CNT 복합재료가 손상에 대한 감지능이 가장 우수하다는 것을 확인 할 수 있었고 이는 CNT가 가장 큰 형상비를 가지기 때문에 나타난 결과로 고려된다. DMC 시험에서 섬유파단에 대한 감지는 음향방출의 경우 전 응력 범위에서 감지할 수 있었지만 전기저항의 경우 특정 응력 내에서만 감지할 수 있었다. 하지만 음향방출에서는 감지되지 않는 탄소나노복합재료 자체의 변형을 전기저항을 통해서 감지할 수 있었다. 결과적으로 음향방출과 전기저항 측정법을 상호 보완적인 측면에서 전도성 복합재료에 동시에 적용한다면 섬유파단 뿐만 아니라 복합재료의 변형도 비파괴적으로 감지할 수 있을 것으로 기대된다. Therefore, in the same volume ratio in the DMC test, it was confirmed that the CNT composite had the best detection of damage, which is considered as the result because the CNT has the largest aspect ratio. In the DMC test, the detection of fiber breakage could be detected over the entire stress range for acoustic emission, but only for certain stresses for electrical resistance. However, deformation of the carbon nanocomposite itself, which is not detected in acoustic emission, could be detected through electrical resistance. As a result, if acoustic emission and electrical resistance measurement methods are applied to the conductive composite material simultaneously in a complementary aspect, it is expected that not only fiber breakage but also deformation of the composite material can be detected nondestructively.

본 발명은 전기저항 변화 측정을 이용하여 전도성 탄소나노복합재료 내부에 함침된 탄소 단섬유의 파단과 탄소나노복합재료 자체의 변형을 정확하게 감지할 수 있기 때문에 이러한 기술을 이용할 경우 실제 전도성 탄소나노복합재료의 신뢰성 평가에 중요한 기술로 응용가능 할 것으로 기대된다.
The present invention can accurately detect the breakage of the short carbon fibers impregnated inside the conductive carbon nanocomposite material and the deformation of the carbon nanocomposite itself by using electrical resistance change measurement. It is expected to be applicable as an important technique for evaluating reliability.

Claims

탄소나노튜브복합재료에 탄소 단섬유가 함침된 내부기지재료와 순수 에폭시 외부기지재료로 구성되어 있는 이중 매트릭스 복합체에서, 상기 탄소 단섬유에 전기저항측정을 위한 전기접점을 형성하고, 상기 복합체에 지그를 이용하여 인장하중을 가하여 섬유를 파단시킨 후 그의 손상 및 결함 등에서 발생하는 음향방출 탄성파를 음향방출센서를 이용하여 감지함과 동시에 상기 내부기지재료의 전기저항의 변화를 감지 및 측정하여서 탄소나노튜브(CNT)와 나노섬유(CNF) 강화 에폭시 복합재료로 구성된 전도성 탄소나노복합재료 내부에 함침된 탄소 단섬유의 파단과 상기 탄소나노복합재료 자체의 변형을 비파괴적으로 감지 및 측정하는 방법.In a double matrix composite consisting of an inner base material impregnated with short carbon fibers and a pure epoxy outer base material impregnated with a carbon nanotube composite material, an electrical contact is formed on the short carbon fiber to measure electrical resistance, and a jig is formed on the composite. After breaking the fiber by applying tensile load, the acoustic emission acoustic wave generated from its damage and defects is detected using the acoustic emission sensor and the carbon nanotube is detected by measuring and measuring the change in the electrical resistance of the internal base material. A method for non-destructively detecting and measuring breakage of short carbon fibers impregnated inside a conductive carbon nanocomposite composed of (CNT) and nanofiber (CNF) reinforced epoxy composites and deformation of the carbon nanocomposite itself.

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