Rapid industrial development in recent times has increased the demand for light-weight materials with high strength and structural integrity. In this context, carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) composite materials are being extensively used. However, laminated CFRPs develop faults during impact because CFRPs are composed of mixed carbon fiber and epoxy. Moreover, their fracturing behavior is very complicated and difficult to interpret. In this paper, the effect of the direction of lamination in CFRP on the absorbed impact energy and impact strength were evaluated, including symmetric ply (0°/0°, –15°/+15°, –30°/+30°, –45°/+45°, and –90°/+90°) and asymmetric ply (0°/15°, 0°/30°, 0°/45°, and 0°/90°), through drop-weight impact tests. Further, the thermal properties of the specimens were measured using an infrared camera. Correlations between the absorbed impact energy, impact strength, and thermal properties as determined by the drop-weight impact tests were analyzed. These analyses revealed that the absorbed impact energy of the specimens with asymmetric laminated angles was greater than that of the specimens with symmetric laminated angles. In addition, the asymmetry ply absorbed more impact energy than the symmetric ply. Finally, the absorbed impact energy was inversely proportional to the thermal characteristics of the specimens.

Recently, methods that usea carbon-based filler, a conductive nanomaterial, have been investigated to develop composite fillers containing dielectric materials. In this study, we added geometric changes to a carbon fiber, a typical carbon-based filler material, by differentiating the orientation angle and the number of plies of the fiber. We also studied the electrical and electromagnetic shield characteristics. Based on the orientation angle of 0˚, the orientation angle of the carbon fiber was changed between 0, 15, 30, 45, and 90˚, and 2, 4, and 6 plies were stacked for each orientation angle. The maximum effect was found when the orientation angle was 90˚, which was perpendicular to the electromagnetic wave flow, as compared to 0˚, in which case the electrical resistance was small. Therefore, it is verified that the orientation angle has more of an effect on the electromagnetic interference shield performance than the number of plies.

직교이방향 이층 유리섬유 강화 Epoxy 수지를 사용하여 인장축에 대해 섬유방향이 0˚, 15˚, 25˚ 및 45˚인 시료로 인장시험 및 전기절연 강도시험을 통하여 얻은 결과는 다음과 같다. 1) 섬유방향이 인장축에 대해 0˚에서 45˚로 증가함에 따라 항복응력 및 파단응력은 감소하는 경향이고 특히 0˚와 15˚ 사이에서 급격한 변화율을 보인다. 2) 파단시 변화율은 인장방향에 대한 섬유방향이 45˚인 경우 최대치를 나타냈고 15˚~45˚ 범위에서 급격한 변화율을 보인다. 3)섬유의 방향이 동일할 경우 인장력을 많이 받은 시료일수록 최대절연강도 값은 낮아졌고 인장방향과 섬유방향의 교각이 증가할수록 최대절연강도 값을 나타내는 압축응력의 값은 낮은 점으로 이동하는 경향을 보였다. 4) 기계적 특성과 같이 섬유방향이 45˚인 경우의 시료가 가장 나쁜 전기적 절연강도 특성을 나타냈다.

본 연구는 기존에 사용되어 지고 있는 타설 노즐 내부에 블레이드를 설치함으로써 타설 시 시멘트 복합체에 혼입된 섬유의 방향성을 제어하고 동시에 분포도를 향상시키고자 하였다. 블레이드 변수 최적화를 위하여 시멘트계 매트릭스 재료의 유동과 혼입된 섬유의 운동, 노즐간의 상호작용을 고려한 다중물리계 유한요소해석을 수행하였다. 사용되는 섬유길이를 변수로 하여 블레이드의 간격, 길이, 위치를 결정하였다. 내부 블레이드 간격이 섬유길이의 약 1.2~2.4배, 블레이드 길이는 섬유길이의 약 4~8배, 설치 위치는 시멘트 복합체가 도출되는 입구에서부터 섬유길이의 14배 이하일 때 섬유 방향각이 약 15°이하로 제어되었다. 또한, 본 연구에서 제시된 블레이드형 노즐은 기존의 섬유보강 시멘트 복합체 타설장비와 타설관을 그대로 사용하면서, 탈·부착식으로 제작될 수 있어 사용성과 편의성을 동시에 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

This study evaluated the fiber orientation and distribution fiber in the beam members of cementitious materials using conventional and tapered nozzles. For this purpose, the specimens with 10cm × 10cm × 30cm were vertically cast to evaluate the fiber orientation and distribution coefficients on the cutting plane. Compared to the conventional nozzle, the tapered nozzle showed an improvement in the fiber orientation and distribution in the beam member.

In this study, the orientation and distribution of fiber in the vertical members of cementitious materials were evaluated by using conventional and tapered nozzles. For this purpose, the specimens with ϕ 15 × 30 cm were cast to evaluate the fiber orientation and distribution coefficients on the cutting plane. The results showed that the tapered nozzle is more effective in improving the orientation and distribution of the fiber than the conventional nozzle.

강섬유 보강 자기충전 콘크리트(Steel Fiber Reinforced Self-Compacting Concrete, SFRSCC)는 사회기반 시설이나 초고층 빌딩, 원자력 발전 시설, 병원, 댐, 수로 등 전반적으로 널리 사용되어지고 있는 재료이다. SFRSCC는 짧고, 개별적인 보강 섬유로 인해 일반적인 자기충전 콘크리트(Self-Compacting Concrete, SCC) 보다 인장 강도, 연성, 휨 강성 등에서 뛰어난 성능을 보인다. 하지만 SFRSCC의 이러한 성능은 섬유의 방향성에 의해 크게 좌우되는 경향이 있다. 짧고 개별적인 섬유들은 타설 과정에서 섬유의 방향성을 컨트롤 할 수 없기 때문에 무분별하게 콘크리트 내에 위치하게 된다. 섬유의 방향이 제어되지 않은 상태에서 콘크리트의 경화가 진행될 경우 휨 강성과 인장 강도의 저하를 야기하고, 이는 예상 강도 미달의 원인이 될 수 있기 때문에 SFRSCC를 사용할 때 섬유의 정렬은 중요한 요소가 된다. 따라서 본 연구에서는 유한 요소법을 사용하여 타설 공정 중 콘크리트 매트리스의 점도 및 입구 속도가 섬유 방향에 미치는 영향에 대해 분석하였다.

This research investigated the effect of fiber orientation on the tensile strength of PVA, PE and Basalt fiber. Test results showed that the fiber strength reduction coefficients of PVA, PE, and Basalt fibers were 0.171, 0.485, and 1.54, respectively.