The stacking configuration of fiber-reinforced polymer (FRP) composites, achieved via the filament winding process, exhibits distinct variations compared to conventional FRP composite stacking arrangements. Consequently, it becomes challenging to ascertain the influence of mechanical properties based on the typical stacking structures. Thus, it becomes imperative to enhance the mechanical behavior and optimize the interleaved structures to improve overall performance. Therefore, this study aims to investigate the impact of incorporating amorphous halloysite nanotubes (A-HNTs) within different layers of five unique layer arrangements on the low-velocity impact properties of interleaved carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) structures. The low-velocity impact characteristics of the laminate were validated using a drop weight impact test, wherein the resulting impact damage modes and extent of damage were compared and evaluated under microscopic analysis. Each interleaved structure laminate according to whether nanoparticles are added was compared at impact energies of 10 J and 15 J. In the case of 10 J, the absorption energy showed a similar tendency in each structure. However, at 15 J, the absorption energy varies from structure to structure. Among them, a structure in which nanoparticles are not added exhibits the highest absorption energy. Additionally, various impact fracture modes were observed in each structure through optical microscopy.

필라멘트 와인딩 공정을 사용한 FRP 복합재의 적층 구조는 기존의 FRP 복합재의 적층 구조와는 다를 뿐만 아니라 일반적인 적층 구조를 토대로 기계적 물성에 대해서 분석하고자 한다면 그에 대한 영향을 파악하는 것이 어렵다. 따라서 전반적인 성능을 향상시키기 위해 기계적 물성을 개선하고 교차 적층 구조를 최적화하는 것이 필수적이다. 따라서 본 연구는 비정질 할로이사이트 나노튜브(Amorphous Halloysite Nanotubes, A-HNT)를 5개의 층 배열을 통해 교차 적층 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 구조의 저속 충격 특성에 미치는 영향을 조사하는 것을 목표로 한다. 중량 낙하식 충격시험을 통하여 라미네이트의 저속 충격 특성을 확인하였으며, 충격을 가한 후에 현미경을 통하여 충격 파손 모드와 손상 정도를 비교 평가하였다. 나노 입자의 첨가 여부에 따른 각각의 교차 적층 구조 라미네이트를 10 J과 15 J의 충격에너지에서 비교하였다. 10 J의 경우 흡수에너지는 각 구조에서 비슷한 경향을 보였다. 그에 비해 15 J의 경우 흡수에너지는 각 구조에서 다른 흡수에너지를 가지며, 나노 입자가 첨가되지 않은 구조가 가장 높은 흡수에너지를 가진다. 또한 광학현미경을 통하여 각 구조에서 다양한 충격 파손 모드가 관찰되었다.

Keywords: 필라멘트 와인딩 공정(Filament winding), 교차 적층 구조(Interleaved Structure), 중량 낙하식 충격시험(Drop weight impact test), 비결정성 할로이사이트 나노튜브(Amorphous Halloysite Nanotube)