브레이딩을 이용하여 제조된 CFRP 샤프트의 특성평가

Abstract

최근 자동차, 우주항공소재, 스포츠 산업에서 사용되고 있는 CFRP (carbon fiber reinforced plastics)는 뛰어난 강성과 경량화를 가능케 함으로써 차세대 소재로 각광받고 있으며, 브레이딩을 통한 CFRP를 샤프트로 제작할 시 하중 및 토크에 대한 강성이 매우 높기 때문에 많은 연구가 활발히 이루어지고 있다. 브레이딩 공법은 1970년대 이후로 구조용 복합재료의 섬유제조에 사용되는 직조기술 (textile technology)로써 두 개 이상의 섬유필라멘트를 꼬아서 한 개의 섬유로 제조하는 공법을 의미하며, 간단하고 손쉬운 방법으로 섬유 필라멘트의 직조 방식을 제어하여 직조물의 특성 제어가 용이하다. 본 연구에서는 기존 탄소 프리프래그로 제조할 수 있는 CFRP 샤프트를 브레이딩 공법을 이용하여 제조하였다. 샤프트의 제조는 PAN계 탄소섬유 6K, 12K 필라멘트 원사를 사용하여, 브레이딩 축 16개와 0°축 8개로 직조하였다. 직조된 샤프트를 우주항공분야에서 적용하고 있는 VaRTM 공정을 이용하여 에폭시를 함침해서 1000 mm 길이의 탄소섬유 직조형 샤프트를 제조하였다. 탄소 섬유의 직조 각도 변화와 에폭시 점도 변화에 따른 샤프트의 굽힘 변화를 3 point bending test로 측정하였으며, 탄소 샤프트 직조 시 0° 축을 제어하여 샤프트의 물리적 성능을 판단하는 강성, 토크를 증진시켰다. 제작된 샤프트의 기계적 특성은 강성측정기, 토크 측정기를 이용하여 측정하였으며, 이를 통해 제작된 샤프트의 특성을 면밀히 분석하였다.