소개
압축 강도는 a를 결정하는 기본 속성입니다 복합 재료 부하 하에서 변형에 저항하는 능력. 마천루 클래딩에서 항공기 부품에 이르기까지 엔지니어는 안전, 내구성 및 성능을 보장하기 위해 정확한 압축 강도 측정에 의존합니다. 이 기사는 압축 강도 테스트의 필수 요소, 영향을 미치는 요인 및 복합 기술을 발전시키는 최신 발전을 탐구합니다.
복합재의 압축 강도 이해
압축 강도는 무엇입니까?
압축 강도 (CS)는 시편이 구조적 고장없이 견딜 수있는 최대 압축 응력을 정의합니다. 공식에 의해 계산됩니다.
CS = f / a
f = 최대 부하 적용
a = 원래 단면적 영역
CS의 정확한 측정을 통해 설계자는 좌굴, 분쇄 또는 조기 골절없이 예측 된 서비스 부하를 처리 할 수있는 복합재를 선택할 수 있습니다.
압축성 대 인장 강도 압축 강도는
압축력 하에서 하중 저항을 측정하는 동안 인장 강도는 당기 힘에 대한 저항성을 정량화합니다. 많은 광섬유 강화 복합재에서, 압축 강도는 매트릭스 미세 균열 및 섬유 꼬임과 같은 손상 메커니즘의 차이로 인해 일반적으로 인장 강도의 30-50%입니다.
표준화 된 테스트 방법
UTMS (Universal Testing Machines)
범용 테스트 머신은 제어 된 일축 하중 (장력 또는 압축)을 시편에 적용합니다. UTMS는 변위와 힘을 동시에 측정하여 다음에 대한 높은 정밀도를 제공합니다.
압축 테스트
인장 테스트
굴곡 테스트
전단 및 껍질 테스트
결과 변동성을 피하려면 적절한 시편 정렬 및 주기적 교정이 중요합니다.
ASTM D695 및 ISO 604
실험실 및 산업 간 재현성을 보장하기 위해 복합 제조업체는 확립 된 표준을 따릅니다.
ASTM D695 - 강성 플라스틱의 압축 특성에 대한 표준 테스트 방법
ISO 604 - 플라스틱 - 압축 특성의 결정
두 프로토콜 모두 시편 치수, 로딩 속도 및 데이터보고 형식을 지정하여 설계 및 비교를위한 일관된 CS 값을 산출합니다.
압축 강도에 영향을 미치는 주요 요인
섬유 강화
유형 및 모듈러스 : 높은 모듈러스 탄소 섬유는 우수한 강성과 압축 부하 용량을 제공합니다.
방향 : 하중 방향과 정렬 된 단방향 섬유는 CS를 최대화하는 반면, 임의의 직조는 등방성 거동을 제공합니다.
부피 분획 : 섬유 함량이 증가하면 일반적으로 미세 척에 취약한 수지가 풍부한 영역을 감소시킴으로써 CS가 증가합니다.
수지 매트릭스
에폭시 : 우수한 기계적 강도와 가교 밀도를 제공하여 CS를 향상시킵니다.
비닐 에스테르 및 폴리 에스테르 : 중간 정도의 CS 및 화학 저항을 가진 경제적 인 옵션.
페놀 및 폴리 우레탄 : 고온 및 화염 재도 적용을위한 특수 수지.
제조 공정
성형 압력 : 압축 성형 중에 더 높은 압력 성형 성형은 공극을 최소화하여 매트릭스 - 불능 접착력을 향상시킵니다.
경화 조건 : 최적화 된 온도 및 시간 프로파일은 완전한 중합체 네트워크 형성을 보장하여 복합 미세 구조를 강화합니다.
산업 응용 분야
항공 우주
항공기 동체의 경량 복합 패널 및 강화제는 높은 CS에 의존하여 압력주기, 조류 등 충격 및 착륙 하중을 견딜 수 있습니다. 탄소 섬유 강화 플라스틱 및 유리 섬유 강화 플라스틱은 날개 스파, 벌크 헤드 및 엔진 나셀에서 어디에나 있습니다.
자동차
충돌 레일, 서스펜션 마운트 및 배터리 하우징과 같은 자동차 부품은 복합재를 활용하여 중량 감소 및 에너지 흡수를위한 것입니다. 고급 CS는 충돌의 가치 나 피로 수명을 손상시키지 않고 더 얇고 가벼운 부품을 가능하게합니다.
건설
토목 공학에서 복합재는 콘크리트 및 강철 요소를 향상시킵니다. 예제는 다음과 같습니다.
FRP 강화 열 : FRP 랩에 의한 콘크리트의 구속은 지진 구역의 CS와 연성을 향상시킵니다.
경량 패널 : 벌집 코어 복합재는 커튼 벽 시스템에서 최소한의 데드 하중으로 높은 CS를 제공합니다.
새로운 발전
나노 복합물
탄소 나노 튜브, 그래 핀 또는 나노 클레이와 같은 나노 스케일 필러를 통합하면 부하 전달을 향상시키고 미세 락 전파를 억제 할 수 있습니다. 초기 연구는 낮은 나노 입자 하중에서 10-30%의 CS 이득을 보여주고, 초 고성능 복합재를위한 경로를 개방합니다.
첨가제 제조 및 소설 성형
섬유 복합재의 3D 인쇄 : 복잡한 하중 케이스에 대한 CS를 최적화하는 맞춤형 섬유 경로를 가능하게합니다.
고급 압축 성형 : OOA (Out -Autoclave) 프로세스 및 그라디언트 압력 프로파일과 같은 기술은 감소 된주기 시간에 공극이없는 라미네이트를 생성합니다.
결론
압축 강도는 복합 재료 선택 및 엔지니어링 설계를위한 초석 메트릭으로 남아 있습니다. 엄격한 테스트 표준을 활용하고 섬유, 수지 및 공정 변수의 상호 작용을 이해하고 나노 복합물 및 부가 제조와 같은 혁신을 수용함으로써 업계는 강도, 체중 절약 및 내구성의 경계를 계속 밀어냅니다. 복합 기술이 발전함에 따라, 더 안전한 비행기와 녹색 차량에서 탄력있는 인프라에 이르기까지 응용 프로그램이 확장되어 최적화 된 압축 강도의 변형 적 영향을 미칩니다.
