미소강구 충격에 의한 유리섬유 피막 판유리의 파괴거동

Abstract

판유리는 건축물의 창 뿐만이 아니라 강화 판유리로써 자동차나 선박에 응용되고 있어 판유리의 내충격특성은 중요한 연구분야로 부각되고 있다. 본 논문에서는 판유리에 유리섬유를 적층하고 공기총식 충격실험장치를 통해 적층두께 및 적층방향에 따른 충격파괴거동을 연구하였다. 충격자로서 미소 강구(Ø=1.5mm)를 이용하였다. 우선, 두께 3mm의 단순 판유리(soda-lime glass)에 대해서 충격속도증가에 따라 판유리에 형성된 균열의 형태와 충격에너지를 측정하였다. 유리섬유/에폭시 프리프레그(glass/epoxy prepreg)를 피막하여 경화시킨 복합 판유리시험편을 대상으로 충격실험시에 형성된 재료내부의 균열과 손상정도를 비교하였다. 또한 스트레인 게이지를 이용하여 미소강구충격에 의한 흡수파괴에너지를 측정하고 복합 피막층의 종류에 따라 비교분석하였다. 그 결과는 다음과 같이 요약할 수 있다. 1) 단순 판유리의 충격시 발생하는 균열은 일정충격속도(60m/s)이하에서 압축형 균열만이 생성되나 그 이상의 속도에서는 방사형균열과 원주형균열이 함께 나타나 급속히 커졌다. 2) 유리섬유/에폭시 복합재료로 피막할 경우 단순판유리시험편과 달리 일정 속도(90m/s) 이전까지 판유리에 균열이 전혀 발생하지 않다가, 그 이상의 속도에서 유리섬유층의 박리와 함께 판유리에 압축형균열과 섬유방향 균열이 형성되었다. 3) 100m/s 이하의 저속충격일 경우 [0°/90°]적층구조가 [0°/0°]적층구조보다 최대응력과 흡수에너지가 낮아 성능이 우수하였지만, 100m/s 이상의 고속충격일 경우 두 적층구조에서 값이 유사하게 측정되었다. 4) 충격속도에 따른 시편종류별 상대적 파괴지수(Fracture Index)를 비교분석한 결과, 유리섬유/에폭시 적층시험편의 내충격성은 단순유리시험편에 대비하여 월등히 우수한 성능을 보였으며, 피막층의 종류와 속도영역에 따라 지수값이 달랐으나 [0°/90°]적층 판유리의 내충격성이 가장 우수하였다.; A small steel ball impact experiment was performed to study the impact fracture behavior of glass plates coated with glass fiber/epoxy lamina. The materials used in this study were soda-lime glass plates, glass/epoxy lamina (one layer) bonded glass plates, glass/epoxy laminate (two layers : uni-direction and cross direction) bonded glass plates. The maximum stress and the absorbed fracture energy were measured according to various impact velocity 50~120m/s. The pattern of cracks and delamination was remarkably varied depending on the fiber direction and decreased with increasing the thickness of glass/epoxy laminate coating. The characteristics of the dynamic impact fracture behavior could be evaluated using the absorbed fracture energy and the maximum stress measured at the back surface of glass plates.