복합재는 다기능, 고성능의 시너지 효과를 도출하기 위해서 강화재를 기지재와 물리적 또는 화학적 방법으로 합체화, 혼성화한 재료로서, 기존의 단일 소재가 갖는 물성상의 한계를 극복할 수 있는 재료이다. 특히 고분자기지 섬유 복합재는 기존의 고분자재료가 갖고 있는 경량성, 경제성 및 용이한 제작과 같은 장점을 가지면서, 동시에 제조방법에 따라 고강도, 내마모성 등과 같은 기계적 특성을 조절할 수 있기 때문에, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 섬유계열의 Carbon/고분자 복합재의 경우 기존의 고분자재료가 가질 수 없던 강성을 가질 수 있기 때문에 항공기, 우주선, 첨단소재 등 그 적용분야가 다양하다. 그러나 섬유 복합재의 경우 고분자 수지와 섬유와의 결합력이 약하여 기계적 특성이 100% 발휘되기 힘들다는 단점이 있다. 이와 같은 단점을 해결하기 위해 수지의 계면결합성을 향상시키기 위한 연구가 진행되어야 하지만 현재는 단순히 화학적 ...
복합재는 다기능, 고성능의 시너지 효과를 도출하기 위해서 강화재를 기지재와 물리적 또는 화학적 방법으로 합체화, 혼성화한 재료로서, 기존의 단일 소재가 갖는 물성상의 한계를 극복할 수 있는 재료이다. 특히 고분자기지 섬유 복합재는 기존의 고분자재료가 갖고 있는 경량성, 경제성 및 용이한 제작과 같은 장점을 가지면서, 동시에 제조방법에 따라 고강도, 내마모성 등과 같은 기계적 특성을 조절할 수 있기 때문에, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 섬유계열의 Carbon/고분자 복합재의 경우 기존의 고분자재료가 가질 수 없던 강성을 가질 수 있기 때문에 항공기, 우주선, 첨단소재 등 그 적용분야가 다양하다. 그러나 섬유 복합재의 경우 고분자 수지와 섬유와의 결합력이 약하여 기계적 특성이 100% 발휘되기 힘들다는 단점이 있다. 이와 같은 단점을 해결하기 위해 수지의 계면결합성을 향상시키기 위한 연구가 진행되어야 하지만 현재는 단순히 화학적 전처리에 관한 연구가 주를 이루고 있다.
따라서 본 연구에서는 평직형태의 탄소섬유를 산소 플라즈마를 이용하여 표면처리를 하고, 표면처리 유무에 따른 탄소섬유의 특성에 관하여 물리적, 화학적 분석을 실시하였다. 물리적 분석으로는 접촉각 측정을 통하여 표면 처리 시간변화에 따른 친수성을 비교하였으며 화학적 분석으로는 XPS로서 플라즈마 처리 유무에 따른 탄소섬유 표면의 화학기 생성의 변화를 비교하였다. 또한 표면처리 유무에 따라 에폭시 수지와 탄소섬유를 이용하여 복합재를 제작하여 기계적 특성 측정방법 중 Ball-on-disk 방식의 마모실험을 진행하여 건조 상태와 오일 침지된 상태에서의 마찰계수, 마모량을 산출하였고 상대 마모재와 복합재의 마모면을 관찰하기 위해 SEM 분석을 수행하였다. 또한 정확한 마모량 산출을 위해 표면 프로파일 분석을 실시하였다.
본 연구를 통해 플라즈마 표면 처리된 Carbon/epoxy 복합재의 마찰계수는 표면처리 하지 않은 복합재의 마찰계수보다 감소함을 알 수 있었으며 표면 처리된 Carbon/epoxy 복합재의 마모량은 표면처리 하지 않은 복합재의 마모량에 비해 작다는 것을 알 수 있었다. 이 결과들로서 표면 처리된 복합재의 마모 특성은 플라즈마 표면처리 된 carbon 섬유의 결합력의 증가에 의해 향상되는 것으로 사료된다.
복합재는 다기능, 고성능의 시너지 효과를 도출하기 위해서 강화재를 기지재와 물리적 또는 화학적 방법으로 합체화, 혼성화한 재료로서, 기존의 단일 소재가 갖는 물성상의 한계를 극복할 수 있는 재료이다. 특히 고분자기지 섬유 복합재는 기존의 고분자재료가 갖고 있는 경량성, 경제성 및 용이한 제작과 같은 장점을 가지면서, 동시에 제조방법에 따라 고강도, 내마모성 등과 같은 기계적 특성을 조절할 수 있기 때문에, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 섬유계열의 Carbon/고분자 복합재의 경우 기존의 고분자재료가 가질 수 없던 강성을 가질 수 있기 때문에 항공기, 우주선, 첨단소재 등 그 적용분야가 다양하다. 그러나 섬유 복합재의 경우 고분자 수지와 섬유와의 결합력이 약하여 기계적 특성이 100% 발휘되기 힘들다는 단점이 있다. 이와 같은 단점을 해결하기 위해 수지의 계면결합성을 향상시키기 위한 연구가 진행되어야 하지만 현재는 단순히 화학적 전처리에 관한 연구가 주를 이루고 있다.
따라서 본 연구에서는 평직형태의 탄소섬유를 산소 플라즈마를 이용하여 표면처리를 하고, 표면처리 유무에 따른 탄소섬유의 특성에 관하여 물리적, 화학적 분석을 실시하였다. 물리적 분석으로는 접촉각 측정을 통하여 표면 처리 시간변화에 따른 친수성을 비교하였으며 화학적 분석으로는 XPS로서 플라즈마 처리 유무에 따른 탄소섬유 표면의 화학기 생성의 변화를 비교하였다. 또한 표면처리 유무에 따라 에폭시 수지와 탄소섬유를 이용하여 복합재를 제작하여 기계적 특성 측정방법 중 Ball-on-disk 방식의 마모실험을 진행하여 건조 상태와 오일 침지된 상태에서의 마찰계수, 마모량을 산출하였고 상대 마모재와 복합재의 마모면을 관찰하기 위해 SEM 분석을 수행하였다. 또한 정확한 마모량 산출을 위해 표면 프로파일 분석을 실시하였다.
본 연구를 통해 플라즈마 표면 처리된 Carbon/epoxy 복합재의 마찰계수는 표면처리 하지 않은 복합재의 마찰계수보다 감소함을 알 수 있었으며 표면 처리된 Carbon/epoxy 복합재의 마모량은 표면처리 하지 않은 복합재의 마모량에 비해 작다는 것을 알 수 있었다. 이 결과들로서 표면 처리된 복합재의 마모 특성은 플라즈마 표면처리 된 carbon 섬유의 결합력의 증가에 의해 향상되는 것으로 사료된다.
In this study, woven type carbon fibers were plasma-treated using oxygen gas, and the effect of the plasma treatment on the tribological behaviors of dry and oil-absorbed carbon/epoxy woven composites were investigated. Chemical changes on the surface of the woven carbon fibers due to oxygen plasma ...
In this study, woven type carbon fibers were plasma-treated using oxygen gas, and the effect of the plasma treatment on the tribological behaviors of dry and oil-absorbed carbon/epoxy woven composites were investigated. Chemical changes on the surface of the woven carbon fibers due to oxygen plasma treatment were determined by XPS analysis. Ball-on-disk wear tests were performed on untreated and plasma-treated carbon/epoxy woven composites that were fully oil absorbed. It was found that carbonyl functional groups were created on the carbon fibers due to oxygen-plasma treatment. In addition, the friction coefficient and wear rate of the plasma-treated carbon/epoxy composites were lower than that of untreated carbon/epoxy composites. SEM examination of the worn surface showed that the improved wear properties of the plasma-treated carbon/epoxy composites were attributed to enhanced adhesive strength, caused by the carbonyl functional groups between the carbon fibers and epoxy.
In this study, woven type carbon fibers were plasma-treated using oxygen gas, and the effect of the plasma treatment on the tribological behaviors of dry and oil-absorbed carbon/epoxy woven composites were investigated. Chemical changes on the surface of the woven carbon fibers due to oxygen plasma treatment were determined by XPS analysis. Ball-on-disk wear tests were performed on untreated and plasma-treated carbon/epoxy woven composites that were fully oil absorbed. It was found that carbonyl functional groups were created on the carbon fibers due to oxygen-plasma treatment. In addition, the friction coefficient and wear rate of the plasma-treated carbon/epoxy composites were lower than that of untreated carbon/epoxy composites. SEM examination of the worn surface showed that the improved wear properties of the plasma-treated carbon/epoxy composites were attributed to enhanced adhesive strength, caused by the carbonyl functional groups between the carbon fibers and epoxy.
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