신뢰할 수 있는 데이터 수집은 재료를 기계에서 분리하는 것에서 시작됩니다. 고정밀 변형률계가 장착된 만능 재료 시험기는 고정 장치 미끄러짐으로 인한 측정 간섭을 제거하기 위해 엄격하게 필요합니다. 시편에서 직접 측정하지 않으면 생성된 응력-변형률 곡선이 부정확할 가능성이 높아 그래핀 강화 복합 재료의 분석이 잘못될 수 있습니다.
그래핀이 제공하는 기계적 개선은 미묘하고 정밀한 경우가 많습니다. 전용 변형률계 대신 표준 기계 움직임에 의존하면 이러한 개선 사항이 가려져 영률 및 인장 강도의 변화를 정확하게 계산할 수 없습니다.
그래핀 복합 재료 측정의 과제
미끄러짐 요인 제거
표준 인장 시험에서는 기계의 크로스헤드 움직임이 시편 신장의 대리 측정값으로 자주 사용됩니다. 그러나 이 방법은 샘플이 그립 내에서 약간 이동하는 고정 장치 미끄러짐으로 인해 상당한 오류가 발생하기 쉽습니다.
고정밀 변형률계(특히 듀얼 축 모델)는 복합 시편에 직접 장착됩니다. 게이지 길이에서 변형을 직접 측정함으로써 그립을 완전히 우회하여 기록된 모든 움직임이 기계적 정착이 아닌 실제 재료 변형임을 보장합니다.
성능의 "작은 증가분" 포착
그래핀 강화는 종종 기계적 특성의 점진적이지만 중요한 개선으로 이어집니다. 이러한 변화, 특히 영률(강성)의 변화는 절대 변위 측면에서 상대적으로 작을 수 있습니다.
측정 시스템에 정밀도가 부족하거나 미끄러짐 노이즈가 포함된 경우 이러한 미묘한 증가분은 손실됩니다. 고정밀 설정만이 매트릭스 내 그래핀의 경화 효과를 수학적으로 해결할 수 있는 유일한 방법입니다.
계면 변형 검증
이러한 복합 재료의 성능은 그래핀 및 폴리우레탄이 제공하는 계면 변형에 크게 좌우됩니다. 강화재와 매트릭스 간의 상호 작용은 하중 전달 능력을 정의합니다.
정확한 응력-변형률 곡선을 통해 연구원은 이러한 화학적 변형이 효과가 있는지 확인할 수 있습니다. 인장 강도 데이터가 시험 오류로 인해 왜곡되면 화학 구조와 기계적 성능 간의 상관 관계를 파악하는 것이 불가능해집니다.
부적절한 시험의 위험 이해
낮은 강성의 환상
변형률계 없이 고영률 복합 재료를 시험할 때 가장 흔한 함정은 인위적으로 부풀려진 변형률 값입니다. 고정 장치 미끄러짐이 "늘어남"으로 기록되면 재료는 실제보다 더 연성이 있고 덜 강성이 있는 것으로 나타납니다.
이로 인해 계산된 영률이 실제 값보다 낮아집니다. 연구 또는 품질 관리 맥락에서 이러한 잘못된 음성 결과는 그래핀 강화가 복합 재료의 강성을 개선하는 데 실패했다고 잘못 결론 내릴 수 있습니다.
복합 재료 연구에서 데이터 무결성 보장
그래핀 강화의 이점을 정확하게 특성화하려면 변형률 데이터의 분리를 우선시해야 합니다.
- 영률이 주요 초점인 경우: 변형률계 를 사용하여 하중 전달 장치의 모든 순응도 및 미끄러짐을 제외하고 변형률 데이터가 시편의 게이지 길이에서만 파생되도록 해야 합니다.
- 인장 강도가 주요 초점인 경우: 재료가 언제 어떻게 항복하는지 정확하게 식별하여 계면 결합의 효과를 확인하기 위해 정확한 응력-변형률 곡선이 필요합니다.
진정한 정밀도는 원시 기계 데이터를 검증된 재료 과학 통찰력으로 전환합니다.
요약 표:
| 요인 | 기계 크로스헤드만 | 고정밀 변형률계 사용 |
|---|---|---|
| 측정 소스 | 총 기계 이동 | 직접 시편 게이지 길이 |
| 고정 장치 미끄러짐 | 잘못된 변형률 데이터로 포함됨 | 완전히 제거됨 |
| 영률 | 종종 인위적으로 낮음/부정확함 | 정밀하고 과학적으로 유효함 |
| 데이터 민감도 | 미묘한 그래핀 이점 가림 | 점진적인 경화 효과 포착 |
| 하중 전달 분석 | 계면 연구에 신뢰할 수 없음 | 화학적 변형 검증에 정확함 |
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참고문헌
- Ayşe Durmuş-Sayar, Serkan Ünal. Incorporation of Graphene Nanoplatelets into Fiber-Reinforced Polymer Composites in the Presence of Highly Branched Waterborne Polyurethanes. DOI: 10.3390/polym16060828
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