추가 에폭시 수지 접착 필름의 포함은 선택적 강화가 아닌 구조적 필수 사항입니다. 하이브리드 부품 제작에서 탄소 섬유 프리프레그에 자연적으로 존재하는 수지는 3D 프린팅된 기판의 복잡한 표면 공동을 채우기에 충분하지 않습니다. 추가 필름은 기판과 적층재 사이의 간극을 연결하는 데 필요한 재료 부피를 제공하여 유효한 결합을 보장합니다.
표준 프리프레그 재료는 평평한 적층에 최적화되어 있어 질감 있는 위상 구조를 수용할 수 있는 수지 부피가 부족합니다. 접착 필름은 충전재 및 브릿지 역할을 하여 연속적인 응력 전달 경로를 생성함으로써 최종 부품의 평면 외 인장 강도를 크게 향상시켜 이 문제를 해결합니다.
결합의 역학
프리프레그 재료의 부족
탄소 섬유 프리프레그는 섬유 자체를 적시고 평평한 층을 함께 결합하도록 계산된 정확한 수지 대 섬유 비율로 설계됩니다.
그러나 3D 프린팅된 부품의 고르지 않은 표면에 도입될 때 이 부피는 일반적으로 불충분합니다.
폴리아미드 12(PA12)로 프린팅된 기판은 종종 상당한 보이드 공간을 생성하는 기둥 또는 격자 위상 구조를 특징으로 합니다. 표준 프리프레그는 이러한 공동을 자체적으로 채울 수 없습니다.
완전한 캡슐화 달성
추가 에폭시 필름의 주요 기능은 강화 재료 역할을 하는 것입니다.
경화 과정에서 이 필름은 3D 프린팅된 기판의 표면 특징으로 흘러 들어갑니다.
이를 통해 기둥, 격자 및 표면 질감이 완전히 젖고 캡슐화되어 구조를 약화시킬 수 있는 공기 주머니가 제거됩니다.
구조적 함의
연속적인 응력 경로 생성
하이브리드 재료가 올바르게 작동하려면 하중이 서로 다른 재료 사이를 원활하게 전달되어야 합니다.
접착 필름은 PA12 기판과 탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP) 적층재 사이에 연속적인 응력 전달 경로를 설정합니다.
이 연속적인 매질이 없으면 응력 집중이 계면에서 발생하여 조기 박리가 발생합니다.
인장 강도 증가
이 계면의 궁극적인 척도는 서로 당겨지는 것을 저항하는 능력입니다.
완전한 접촉을 보장하고 보이드가 없도록 함으로써 접착 필름은 평면 외 인장 강도를 크게 증가시킵니다.
이 특정 유형의 강도는 하중 하에서 복합 스킨이 3D 프린팅된 코어에서 벗겨지는 것을 방지하는 데 중요합니다.
생략의 위험 이해
보이드의 결과
접착 필름을 생략하면 계면은 프리프레그의 제한된 수지에만 의존하게 됩니다.
이로 인해 습윤이 불완전하여 기판과 적층재 사이에 공동과 보이드가 남게 됩니다.
이러한 보이드는 균열 시작점으로 작용하여 부품의 기계적 성능과 내구성을 크게 저하시킵니다.
재료 호환성
필름은 두 개의 서로 다른 재료(PA12 및 CFRP) 사이의 특정 화학적 브릿지 역할을 한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
완전히 젖은 접착제가 제공하는 화학적 결합 없이 기계적 맞물림에만 의존하면 종종 약하고 신뢰할 수 없는 계면이 발생합니다.
제조 성공 보장
목표에 맞는 올바른 선택
- 구조적 내구성이 주요 초점인 경우: 수지가 과잉 생성되어 기판의 위상 구조 내에서 100% 보이드 충전을 보장하는 접착 필름을 사용해야 합니다.
- 복잡한 격자 통합이 주요 초점인 경우: 표준 프리프레그는 깊은 질감을 적시는 데 화학적으로 불가능하다는 점을 인지하고 필름을 사용하여 캡슐화를 용이하게 해야 합니다.
추가 접착 필름은 느슨한 부품 조립을 통합된 고성능 복합 구조로 바꾸는 중요한 변수입니다.
요약 표:
| 특징 | 탄소 섬유 프리프레그 단독 | 추가 에폭시 접착 필름 포함 |
|---|---|---|
| 수지 부피 | 낮음 (섬유에 최적화) | 높음 (간극 충전용 과잉) |
| 표면 습윤 | 질감 있는 위상 구조에서 불량 | 격자 완전 캡슐화 |
| 계면 보이드 | 공기 주머니 상당 위험 | 무보이드 연속 매질 |
| 응력 전달 | 불연속/약함 | 연속 응력 전달 경로 |
| 인장 강도 | 낮은 평면 외 저항 | 최대 평면 외 강도 |
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참고문헌
- Hamed Abdoli, Simon Bickerton. Surface topology modification using 3D printing techniques to enhance the interfacial bonding strength between polymer substrates and prepreg carbon fibre-reinforced polymers. DOI: 10.1007/s00170-024-13217-3
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