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- 저자 : 천진실 (검색결과 2 건)
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전자빔기술을 이용한 Diepoxidized Cardanol의 경화와 Diepoxidized Cardanol/유리섬유 복합재료의 제조 및 특성
The objectives of this work are to investigate the electron beam curing behavior of diepoxidized cardanol (DEC), to find out optimal electron beam conditions for curing DEC and also to successfully fabricate the DEC/glass fabric composites and understand their thermal and mechanical properties. Optimization of electron beam conditions for curing DEC was explored by studying various experimental variables (type and concentration of photo-initiator, electron beam absorption dose) in the presence of cationic photo-initiators (triarylsulfonium hexafluorophosphate and triarylsulfonium hexafluoroantimonate). The combined results of the present study revealed that antimonate-type photo-initiator, appropriate amount of photo-initiator and relatively high electron beam intensity should be used for efficiently curing the DEC. The cure behavior of DEC was qualitatively and also quantitatively studied by means of FT-IR spectroscopy, TGA, DSC, TMA and DMA. The degree of cure reaction rate was determined by analyzing the relative heights of characteristic FT-IR absorption peaks, depending on the electron beam curing condition. The result informed on the curing efficiency of DEC by electron beam irradiation and the antimonate-type photo-initiator was more efficient than the phosphate-type on electron beam curing of DEC. The DEC cured by electron beam at 600 kGy in the presence of 2 wt% antimonate-type photo-initiator exhibited the highest glass transition temperature and storage modulus, and the lowest tan δ peak height, thermal expansion and water absorption. DEC/glass fabric composites were fabricated in the presence of antimonate-type photo-initiator of 2 wt% because it was most efficient for electron beam curing of DEC. The electron beam curing of DEC/glass fabric composites at 600 kGy in the presence of 2 wt% antimonate-type photo-initiator resulted in the highest decomposition temperature of 316℃, the highest storage modulus of 14 GPa, the glass transition temperature of 49℃, and the best thermo-dimensional stability among the DEC/glass fabric composites cured under other electron beam curing conditions. For comparison, DEC/glass fabric composites were fabricated by electron beam curing in the presence of antimoante-type photo-initiator, and by thermal curing in the presence of phenalkamine hardener, respectively, at the same DEC/glass ratio by weight. It was noticed that the thermal and mechanical properties of DEC/glass fabric composites significantly depended on the curing method. It was elucidated that the electron beam-cured DEC/glass fabric composites exhibited lower thermal properties and higher mechanical properties that the thermally cured cunterparts.
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본 연구는 다중벽탄소나노튜브(MWCNT)의 anchoring을 통해 물리적 기능화가 이루어진 고성능직물을 보강재로 활용한 열경화성 고분자복합재료의 특성에 미치는 MWCNT anchoring의 영향에 관한 연구를 수행하였다. 연구 논문의 구성은 비닐에스터수지의 경화거동에 미치는 MWCNT의 영향, 탄소직물/비닐에스터 복합재료의 열적, 기계적특성에 미치는 MWCNT의 영향, MWCNT 첨가에 따른 단일 탄소직물보강 페놀수지 복합재료의 내마모성을 연구하였으며, 마지막으로 아라미드(para-aramid)직물 및 비닐에스터 복합재료의 고속하중인가에 따른 MWCNT anchoring의 보강효과를 연구하였다. MWCNT의 anchoring의 경우 보강섬유 혹은 직물을 구성하는 섬유필라멘트의 표면에 MWCNT를 물리적으로 고정시키는 것을 의미하며, 복합재료제조공정의 연속성을 위해 분산액을 이용한 보강직물로의 도포(spreading) 이후 용매의 건조를 수행하였다. 이후 묽게 희석된 열경화성 고분자 수지로의 함침 후 경화를 수행함으로써 보강직물 표면에 MWCNT를 물리적으로 고정함으로써 anchoring하였다. 이때 anchoring 영향에 관한 보다 면밀한 분석을 위해 탄소섬유/비닐에스터 복합재료의 열적, 기계적특성 분석에는 MWCNT가 spreading 및 anchoring된 탄소직물을 각각 보강재로 적용한 비닐에스터 복합재료를 활용하였다. MWCNT 첨가량에 따른 비닐에스터수지의 경화거동을 해석은 비등온 시차주사열량분석(non-isothermal differential scanning calorimetry, DSC)과 Friedman’s equation을 통해 수행되었다. 또한, 비닐에스터수지의 중합에 관여하는 개시제의 분자량에 따른 MWCNT 첨가량의 영향 분석을 위해 분자량이 다른 두 종류의 과산화물(peroxide)를 개시제로 혼합한 후 분석하였다. MWCNT의 첨가에 따라 DSC 결과에서 나타나는 발열피크가 높은 온도로 이동하였으며, 경화반응에 필요한 활성화에너지가 감소하는 결과를 보였다. 또한, MWCNT의 첨가와는 무관하게 비닐에스터수지의 경화반응은 autocatalytic reaction model에 따라 이루어지는 것을 알 수 있었다. 탄소직물/비닐에스터 복합재료의 열적, 기계적 특성분석은 보강재로 활용된 탄소직물의 면 밀도(areal weight)에 따른 MWCNT anchoring 효과를 위주로 연구하였다. 본 연구에서는 서로 다른 면 밀도를 갖는 conventional carbon fabric (CCF)와 no-twist carbon fabric (NCF)를 보강재로 적용한 비닐에스터 복합재료를 압축성형법을 통해 제조하였다. 복합재료 제조에 앞서 각각의 MWCNT의 spreading, anchoring을 각각의 탄소직물에 수행하였다. 디지털 현미경을 이용한 복합재료의 단면 관측결과 CCF에 비해 NCF를 보강재로 활용한 복합재료의 경우 수지의 함침이 고르게 이루어져 안정적인 구조안정성을 가지는 것으로 나타났다. 또한, 계면전단강도(interlainar shear stress, ILSS)의 경우 함침성이 우수한 NCF를 보강재로 적용한 복합재료에서 높은 값이 얻어졌으며, MWCNT를 anchoring한 탄소직물이 적용된 경우 MWCNT 함량이 증가함에 따라 ILSS가 증가하는 결과가 얻어졌다. 뿐만 아니라, MWCNT anchoring은 탄소직물/비닐에스터 복합재료의 열적, 기계적 특성 향상에 긍정적인 요인으로 작용하였다. 이는 MWCNT anchoring에 이용된 희석된 비닐에스터수지 피막이 계면접착력 향상에 기여한 것으로 판단된다. MWCNT 첨가에 따른 단일 탄소직물보강 페놀수지 복합재료의 내마모성 분석은 MWCNT가 첨가된 페놀수지를 매트릭스로 이용한 복합재료의 특성, MWCNT anchoring에 따른 특성 분석을 수행하였다. 본 연구의 경우 단일 탄소직물보강 페놀수지 복합재료를 습식 마찰재로 활용하는 것을 목적으로 제조 및 특성 분석이 이루어졌다. 이로 인해 습식 마모특성에서 요구하는 원활한 율활제의 순환이 이루어지기 위해서 복합재료 내부 및 외부 기공률을 높이는 방법이 중요한 요인으로 작용하였다. 하지만 높은 기공률은 복합재의 내구성을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 복합재를 구성하는 페놀수지 매트릭스의 함량을 일정 수준으로 유지함과 동시에 기공률을 높이는 것이 중요한것으로 나타났다. MWCNT anchoring이 이루어진 탄소직물의 경우 기공률은 크게 향상시키지만 페놀수지의 함량을 크게 낮추어 습식 마찰재로 활용 할 수 없었다. 반면, MWCNT를 첨가한 페놀수지가 매트릭스로 적용된 경우 복합재료 제조시 페놀수지의 흐름성을 제어하고 동시에 기공률을 유지하는 결과를 보여주었다. 이러한 이유로 인해 MWCNT가 첨가된 페놀수지를 매트릭스로 적용한 복합재료의 우수한 습식 마모특성이 얻어졌다. MWCNT가 anchoring된 아라미드 (para-aramid) 직물의 경우 직물을 구성하는 얀 (yarn)의 표면 거칠기 (surface roughness)가 향상되어 고속 인발시험결과 inter-yarn friction이 크게 향상되는 것을 알 수 있었다. 또한, MWCNT가 anchring된 아라미드 직물을 보강재로 적용한 비닐에스터 복합재료의 경우 MWCNT anchoring으로 인한 섬유-매트릭스간 계면특성 향상으로 인해 외부에서 인가되는 하중이 복합재료의 전체 면적으로 빠르게 분산되는 결과를 얻어낼 수 있었다. 이로 인해 MWCNT가 anchoring된 아라미드 직물을 보강재로 활용한 복합재료의 열적, 기계적 특성이 크게 향상되는 결과를 얻을 수 있었다.
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