고탄성 유리섬유 인장 특성 및 계면 거동 연구

고탄성 유리섬유(HM-GF)는 차세대 20MW급 풍력 터빈 블레이드와 같은 경량 복합재 응용 분야에서 탄소섬유의 유망한 대안으로 주목받고 있습니다. 본 연구는 Y2O3 및 ZnO로 개질된 마그네슘 알루미노실리케이트(MAS) 기반의 신규 HM-GF 조성 4가지(T9, T10, V9, V10)의 기계적 특성을 평가했습니다. 또한, 섬유-매트릭스 호환성 최적화를 위해 3가지 사이징 제형(EP1, EP5, EP7)을 개발하고 상용 E-유리섬유를 대조군으로 사용했습니다. 단일 섬유 인장 시험과 단일 섬유 인발 시험을 통해 각각 인장 특성과 계면 결합력을 분석했습니다. 사이징은 특성 인장 강도를 크게 향상시켰으며, 특히 V10-GF/EP7 조합은 미처리 섬유 대비 91% 향상된 1993 MPa의 강도를 보였습니다. EP7은 E-GF에서 미처리 기준 대비 65% 증가한 58.9 MPa의 가장 높은 겉보기 계면 전단 강도를 나타냈습니다. 반면, EP1과 EP5는 ZnO를 포함하는 V10 유리 조성에서 미처리 V10-GF보다 국부 계면 전단 강도를 감소시켜 조성별 사이징 부적합성을 확인했습니다. 종합적으로, HM-GF는 차세대 블레이드에 필요한 높은 강성을 제공하며, 맞춤형 사이징을 통해 계면 성능을 조절할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 재생 에너지 분야 등에서 탄소섬유의 잠재적이고 비용 효율적인 대안으로서 HM-GF의 가능성을 시사합니다.