탄소 복합재-알루미늄 단일겹침 접착 체결부의 강도에 관한 인자연구

Abstract

본 논문에서는 탄소 복합재와 알루미늄으로 구성된 이종재료 단일겹침 접착 체결부에서, 파손하중에 영향을 미치는 주요인자들의 효과를 실험적으로 연구하였다. 실험을 위해 접착압력 4가지(2, 3, 4, 6기압), 겹침길이 6가지(15, 20, 25, 30, 35, 40 mm), 모재 두께 2가지(1.58, 3.01 mm)에 대한 시편 총 66개를 제작하였다. 실험 결과 접착제 FM73에 대해 제작사에서 제시한 접착압력은 약 3기압이었지만 본 연구에서 사용한 이종재료 접착의 경우, 최소 4기압 이상의 접착압력이 필요함을 확인하였다. 겹침길이를 증가시킬 경우 파손하중이 증가하지만 접착부의 폭과 길이의 비가 1을 넘어갈 경우 접착강도 즉 단위 접착면적당의 파손하중의 증가는 크지 않았다. 모재의 두께도 접착부 파손하중 및 강도에 큰 영향을 미쳤으며 모재의 두께가 약 2배로 증가할 때 접착강도는 12~32%까지 증가하였다. 접착부의 파손은 대부분 복합재 모재의 층간분리 형태로 발생하였으며, 접착압력이 높아질수록, 접착길이가 길어질수록 층간분리가 발생하는 위치가 적층판 내부로 깊게 확대되는 경향이 있다.

Strength and failure of adhesively bonded carbon composite-to-aluminum single-lap joints were studied by experiment. The main objective of this study is to investigate the effect of various parameters such as curing pressure for bonding, overlap lengths, and adherend thickness on the failure loads and modes of the bonded joints with dissimilar materials. Experimental results show that the bonding pressure for composite-to-aluminum dissimilar materials should be 4 atm at the lowest. Failure load of the joints increases as the overlap length increases, but the strength (failure load divided by bonded area) decreases rapidly after the overlap width-to-length ratio is greater than 1. When the adherend thickness increase to double, bonding strength increase 12~55%. Major failure mode of the joints is the delamination in the composite laminate and the location of delamination goes deeper into the laminates as the bonding pressure and overlap length increase.