KR20190064061A - 섬유강화복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛은 다공성의 폼 재질로 이루어진 코어와 코어의 적어도 일면에 이종소재가 결합되는 복합재료의 물성을 계측하기 위해 계측장치에 결합되는 지그유닛으로서, 계측장치에 결합되는 제1어댑터가 구비되고, 일면이 편평하게 형성되어 이종소재가 면접하여 고정되는 제1지그, 코어의 길이방향 외측 둘레를 접착제를 이용하여 감싸 고정되는 하우징 및 계측장치에 결합되는 제2어댑터가 구비되고, 일면에 하우징이 고정되는 제2지그가 포함될 수 있고, 제1어댑터 및 제2어댑터는 상호 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다.

Description

섬유강화복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛{Jig-unit for measuring the physical properties of fiber reinforced composite materials}
본 발명은 이종소재가 결합되어 형성되는 구조재용 폼코어복합재료의 물성을 계측하기 위해 폼코어복합재료가 효율적으로 고정될 수 있는 지그유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다공질의 폼 형태로 형성되는 코어부분과 코어부분의 한면 또는 양면에 결합된 이종소재의 재질의 차이에 기인하여 각기 물성의 변화를 최소화하며 고정될 수 있도록 한 지그유닛을 제공하기 위함이며, 이를 통해 해당 이종소재의 계면특성을 평가할 수 있도록 한다.
일반적으로 구조재용 고분자 폼이 중심에 배치되고, 고분자 폼의 한면 또는 양면에 탄소섬유, 유리섬유 등과 같은 이종소재가 결합되는 형태로 이루어진 폼코어복합재료는 부피 대비 경량 특성이 우수하여 자동차, 철도차량, 해양수송, 항공, 우주분야 등 다양한 분야에 적용이 확대되고 있다.
코어기재로서 발포폼이 활용되는 경우 고분자 발포폼의 다공특성으로인해 코어기재인 발포폼과 표면재와의 경계에서 발생되는 물리적인 계면특성을 해석하기에 어려움이 따랐다.
보통의 경우 시편을 채취하여 시편의 양단이 계측장치의 하중에 의해밀리지 않고 고정되도록 설치한 후, 양측에서 인장력을 가하여 시편이 지닌 인장특성을 계측하는 식의 물성 측정 방법이 두루 사용되나, 코어기재인 발포폼의 경우 다공특성을 가지는 저강도 재질로 형성되어 계측장치에 고정하는 것이 수월하지 못하였고, 발포폼을 고정하기 위해 가압하여 파지하는 경우 코어의 형상이 변형되며 정밀한 물성을 계측하는 것이 불가능하여 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구되었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서 코어와 표면이 각기 이종소재로 형성되고, 코어 부분이 다공특성의 폼 재질로 마련된 경우에 코어와 표면간의 계면 특성을 보다 정밀하게 계측할 수 있도록 폼코어복합재료 각 층 재료의 고유 물성을 간직한 채로 계측장치에 고정될 수 있도록 한 지그유닛을 제공하기 위함이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛은 다공성의 폼 재질로 이루어진 코어와 코어의 적어도 일면에 이종소재가 결합되는 복합재료의 물성을 계측하기 위해 계측장치에 결합되는 지그유닛으로서, 계측장치에 결합되는 제1어댑터가 구비되고, 일면이 편평하게 형성되어 이종소재가 면접하여 고정되는 제1지그, 코어의 외측둘레를 감싸 코어가 고정되는 하우징 및 계측장치에 결합되는 제2어댑터가 구비되고, 일면에 하우징이 고정되는 제2지그가 포함될 수 있고, 제1지그 및 제2지그는 상호 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
그리고, 제1지그는 편평한 일면에 이종소재가 면접하여 고정될 수 있도록, 이종소재가 구속되는 압력판이 포함될 수 있다.
또는, 압력판은 적어도 하나 이상이 구비되고, 이종소재가 제1지그의 편평한 일면과 접하는 면과 반대편의 면과 접하여 이종소재가 구속될 수 있다.
그리고, 하우징은 코어의 이종소재와 결합된 면에 수직으로 접하며, 폼과 접착재로 결합되어 형성될 수 있다.
또는, 하우징은 적어도 하나 이상 측방으로 돌출되어 형성되는 단턱이 포함되고, 단턱은 고정판에 구속되어 하우징이 상기 제2지그로부터 이탈되지 않도록 구비될 수 있다.
또는, 제2지그는 하우징의 둘레를 감싸 고정하는 적어도 하나 이상의 고정판이 포함되고, 고정판은 제2지그에 결합될 수 있다.
그리고, 지그고정지지대는 적어도 하나 이상 각 지그의 측면에 결합하여 제1지그와 제2지그의 간격을 일정하게 유지시키며 형성될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛은 코어가 다공성의 폼 재질로 형성되고, 표면은 상대적으로 코어재에 비해 얇은 두께를 지닌 섬유소재로 형성되는 복합재료에서 얇은 두께의 섬유소재가 안정적으로 고정되고, 다공성의 코어 또한 외형의 변형이나 가압으로 인한 물성의 왜곡이 없어 보다 정밀한 물성계측이 가능하게 하는 효과가 있다.
종래의 계측장치에 호환이 될 수 있는 어댑터가 구비되어 계측장비의 교체가 없이도 종래 장비들을 통해 실시될 수 있는 장점이 있고, 코어를 감싸는 하우징의 크기를 달리하며 다양한 상황을 가정하여 물성을 계측할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 폼코어복합재료의 일례 및 물성계측을 위해 절단된 시편을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편과 하우징의 결합상태도와 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛이 결합되는 계측장치를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛의 제1지그를 나타낸 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛의 제2지그를 나타낸 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛의 지그고정지지대를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛의 결합 순서를 나타낸 상태도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛의 단면도로 섬유의 고정과 폼코어의 하중 전달을 나타내고 있다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛은 하기 되는 것과 같이 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛은 도 1에 도시된 바와 같은 폼코어복합재료(10)를 대상으로 코어(12)와 코어(12)의 표면에 결합되는 이종소재(14)간의 계면이 지닌 물리적 특성을 계측하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에서 물성이 계측되기 위한 복합재료(10)의 코어(12)는 발포폼 형태로 이루어질 수 있고, 그 재질이 특정될 것은 아니다.
이종소재(14)의 경우 코어(12)의 한면 또는 양면에 결합되는 코어재에 비해 얇은 형태의 섬유복합재가 될 수 있고, 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등 고강도 고탄성을 지닌 섬유 및 수지를 포함할 수 있다.
이때, 상대적으로 얇은 두께를 지닌 이종소재(14)와 다공성의 코어재(12)를 물성 계측장치(20)에 직접 고정시켜 계면이 지닌 물리적 특성을 계측하는 것이 어려우므로 본 발명의 일 실시예에 따른 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛을 제안한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에서 복합재료(10)의 물성을 계측하기 위한 시편은 도 1에 도시된 바와 같이 이종소재(14)가 일측으로 길게 형성되도록 절취되고, 이종소재(14)의 일면 일부에 코어(12)가 결합되어 'T'자 형태가 되록 형성될 수 있다.
이러한 시편의 형상적인 특징은 후술될 본 발명의 제1지그(100) 및 제2지그(200)에 각기 이종소재(14) 및 코어(12)가 물성을 유지하며 안정적으로 고정될 수 있도록 하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛은 다공질로 이루어진 코어(12)와 코어(12)의 적어도 일면에 이종소재(14)가 결합되는 복합재료(10)의 물성을 계측하기 위해 계측장치(20)에 결합되는 지그유닛으로서,
계측장치(20)에 결합되는 제1어댑터(110)가 구비되고, 일면이 편평하게 형성되어 이종소재(14)가 면접하여 고정되는 제1지그(100)가 구비될 수 있다.
그리고, 접착제를 이용하여 코어(12)의 외측 둘레를 감싸 코어(12)가 고정되는 하우징(300)이 포함될 수 있다.
일면에 하우징(300)이 고정되고, 계측장치(20)에 결합되는 제2어댑터(210)가 구비되는 제2지그(200)가 구비되며, 제1어댑터(110) 및 제2어댑터(210)는 상호 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
아래에서는 상기된 각각의 구성을 구체적으로 자세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서 계측장치(20)는 인장시험장치 일 수 있고, 두 개의 가압 바이스(vise)에 시편이 고정되어 양측으로 인장력이 가해지며 고정된 시편이 지닌 인장특성을 계측할 수 있도록 구비될 수 있고, 이는 예시적인 것으로서 본 발명이 적용되는 실시예에 따라서 다양한 물성을 계측할 수 있는 장치로 구현될 수 있을 것이다.
제1지그(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 계측장치(20)의 바이스에 물릴 수 있도록 일정한 두께를 지닌 막대 형태 또는 핀이 관통할 수 있는 구멍이 있는 막대 형태의 제1어댑터(110)가 구비될 수 있다.
제1어댑터(110)가 형성된 반대편의 면은 편평하게 형성되어 이종소재(14)가 넓게 면접될 수 있도록 구비될 수 있다.
이때 상대적으로 얇은 두께를 지닌 이종소재(14)가 제1지그(100)의 편평하게 형성된 일면에 면접하여 배치되고, 간격유지지지대(130)가 이종소재(14) 옆에 위치하며, 압력판(140)이 코어(12)가 위치하지 않은 이종소재(14)의 노출된 면에 접하여 제1프레임(110)의 편평한 일면에 결합되므로 이종소재(14)가 제1프레임(110)에 얇은 두께에도 불구하고 안정적으로 고정되어 결합될 수 있다.
간격유지지지대(130)는 적어도 하나 이상이 구비될 수 있고, 이종소재 두께의 90%에서 95% 사이의 두께를 가질 수 있다.
압력판(140)은 적어도 하나 이상이 구비될 수 있고, 본 발명의 일 실시예에서는 코어(12)와 간섭되지 않으며 간격유지지지대(130) 면과 접하여 제1프레임(110)과의 사이에 간격유지지지대(130)와 이종소재(14)가 배치되어 고정될 수 있다.
제2지그(200)는 도 5에 도시된 바와 같이, 계측장치(20)의 바이스에 물릴 수 있도록 일정한 두께를 지닌 막대 형태 또는 핀이 관통할 수 있는 구멍이 있는 막대 형태의 제2어댑터(210)가 포함될 수 있다.
제2어댑터(220)의 맞은편 면에는 하우징(300)이 중심에 배치될 수 있고, 하우징(300)의 저면과 대응되는 형상이 제2프레임(210)에 형성될 수 있다.
제2프레임(210)의 일면에 배치되는 하우징(300)의 둘레를 따라 적어도 두 면이상에서 하우징(300)의 단턱(330)을 고정할 수 있도록 제1고정판(230) 및 제2고정판(240)이 구비될 수 있다.
또한, 하우징(300)의 측면 둘레를 따라 제1고정판(230) 및 제2고정판(240)이 위치하고, 제1고정판(230) 및 제2고정판(240)은 제2프레임(210)과 결합되어 고정된다.
하우징(300)의 측명에는 적어도 하나 이상의 측방으로 돌출되어 형성되는 단턱(330)이 구비될 수 있으며, 단턱(330)은 제1고정판(230) 및 제2고정판(240)에 구속되어 하우징(300)이 제2지그(200)로부터 이탈되지 않도록 할 수 있다.
하우징(300)은 내측에 코어(12)가 수용될 수 있는 공간이 형성되고, 하우징(300)의 내측면이 코어(12)의 길이방향 면과 접착제로 결합되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 하우징(300)은 도 2에 도시된 바와 같이 제1파트(310) 및 제2파트(320)로 각기 나뉘어 형성될 수 있다.
제1파트(310) 및 제2파트(320)는 코어(12)의 길이방향을 따라 코어(12)의 양측에서, 인접한 코어(12)의 선단면을 포함한 네 개의 면과 접할 수 있도록 형성될 수 있다.
이러한 본 발명의 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛으로 다공성 폼 재질의 코어(12)가 외력이 가해짐에 따라 외형이 변형되고, 물리적인 특성이 부분적으로 변화하는 현상과, 코어(12)와 결합되는 이종소재(14)가 얇은 두께를 지님으로 각각 코어(12) 및 이종소재(14)를 계측장치(20)에 고정하기가 어려웠던 단점과, 고정이 되더라도 코어(12) 및/또는 이종소재(14)의 물성이나, 계면에서의 물리적 특성을 정확한 정보로 계측하여 얻기가 어려웠던 단점이 해소될 수 있다.
구체적으로는, 하우징(300)이 코어(12)의 길이방향 면들과 접하여 넓은 면적에 걸쳐 코어(12)와 결합될 수 있고, 하우징(300)과 코어(12)의 결합을 위한 접착제는 코어(12)와 이종소재(14) 사이의 결합력보다 크기때문에 신축되는 재질의 코어(12)가 외형적인 변형이 되지 않은 상태로 제2지그(200)에 고정될 수 있는 효과가 있다.
그리고, 제1어댑터(120) 및 제2어댑터(220)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치되어 각기 인장시험장치와 같은 계측장치(20)에서 바이스에 고정됨으로, 제1지그(100) 및 제2지그(200)의 사이에 하우징(300)을 매개로 고정되는 복합구조재료(10)의 시편에서 코어(12) 및/또는 이종소재(14) 각각의 물성이나 그 계면의 물성이 계측될 수 있을 것이다.
본 발명의 지그유닛은 도 7에 도시된 것과 같이 결합 순서가 있을 수 있다.
그리고 계측장비(20)에 고정된 지그유닛은 시험 전에 제1지그와 제2지그의 일정한 간격을 고정하기 위해 결합한 지그고정지지대(410)를 제거한 후에 시험을 시작한다.
도 8은 본 발명 지그유닛의 단면도로 제1어댑터를 고정하고, 제2어댑터를 화살표 방향으로 계측장치(20)를 통해 이동시킬 때 이종소재(14)가 제1지그에 의해 고정되고, 코어(12)가 하우징(300)과 제2지그(200)에 의해 화살표방향으로 힘을 받는 상태를 나타내고 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 폼코어복합재료
12: 코어
14: 이종소재
20: 계측장치
100: 제1지그
110: 제1프레임
120: 제1어댑터
130: 간격유지지지대
140: 압력판
200: 제2지그
210: 제2프레임
220: 제2어댑터
230: 제1고정판
240: 제2고정판
300: 하우징
310: 제1파트
320: 제2파트
330: 단턱
410: 지그고정지지대

Claims (4)

  1. 다공성의 폼 재질로 이루어진 코어와 상기 코어의 적어도 일면에 이종소재가 결합되는 복합재료의 물성을 계측하기 위해 계측장치에 결합되는 지그유닛으로서,
    상기 계측장치에 결합되는 제1어댑터가 구비되고, 일면이 편평하게 형성되어 상기 이종소재가 면접하여 고정되는 제1지그;
    상기 코어의 길이방향 외측 둘레를 접착제를 이용하여 감싸 상기 코어가 하우징과 고정되는 하우징; 및
    상기 계측장치에 결합되는 제2어댑터가 구비되고, 일면에 상기 하우징이 고정되는 제2지그;가 포함되고,
    상기 제1어댑터 및 상기 제2어댑터는 상호 반대 방향을 향하도록 배치되는 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1지그는,
    편평한 일면에 상기 이종소재가 면접하여 고정될 수 있도록, 상기 이종소재가 구속되는 압력판과 압력판의 압력을 조절하는 간격유지지지대;
    가 포함되는 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    하단에 적어도 하나 이상 측방으로 돌출되어 형성되는 단턱;이 포함되고,
    상기 단턱은 상기 고정판에 구속되어 상기 하우징이 상기 제2지그로부터 이탈되지 않는 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1지그와 제2지그가 일정한 간격으로 고정되는 지그고정지지대;
    가 포함되는 폼코어복합재료의 물성계측을 위한 지그유닛.



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