선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 무전해 니켈 도금법으로 탄 소섬유를 표면처리하여 섬유 표면에서의 물성의 변화를 조사하였으며, 표면처리한 탄소섬유를 에폭시수지 에 함침시켜 프리프레그법으로 일방향 탄소섬유/에 폭시수지 복합재료를 제조하여 층간전단강도와 충격 강도 측정을 통하여 강인성에 미치는 영향을 고찰해 보았다.
- 본 연구에서는 복합재료의 주요 강화재로 사용되고 있는 탄소섬유의 기계적 특성을 향상시키기 위해 무 전해 니켈도금 표면처리를 하여 탄소섬유의 표면특성 변화에 따른 복합재료의 기계적 특성에 미치는 영향 에 대하여 살펴보았다. XPS 결과를 통해 표면 특성을 살펴본 결과, 무전해 니켈도금된 탄소섬유의 표면 에 니켈 (N1) 및 인 (P)이 새롭게 형성되었으며, 산 소 관능기들이 증가할 뿐만 아니라 Ois/C”비가 증가 하였으나, ILSS는 크게 향상시키지 못하는 것을 확 인하였다.
제안 방법
- Table 1에서 보는 바와 같이 NiC12 및 NiSQ를 금속염으로 사용하였으며, NaC6H5O7와 NaF&POz를 각각 환원제와 착화제로 사용하였다. 그 리고, 안정제로 소량의 PbNO3를 사용하였으며, 도금 욕의 컨디션은 pH는 8.25, 온도는 90 ℃를 유지하였 으며 5~20분 동안 각각 처리하였다. 이렇게 화학 환원도금 처리된 탄소섬유는 건조기에서 완전히 건조 시킨 후, 분석 및 탄소섬유/에폭시수지 복합재료의 제 조에 사용하였다.
- 니켈도금된 탄소섬유의 표면은 XPS (LAB MK-II; VG Scientific Co.)를 이용하여 분 석하였다. XPS 측정에 사용된 X-ray source는 Mg Ka를 사용하였으며, chamber 내의 압력은 10-8~ IO" torr로 조절하였다.
- 무전해 니켈도금된 탄스섬유/에 폭시수지 복합재료의 기계적 계면특성을 알아보기 위하여 복합재료의 양단을 단순 지지하고 중앙에 하중 을 가하여 시편의 중앙면에 최대 전단응력을 발생시 켜 전단파괴시켜 ILSS를 측정하였으며, 다음의 식 (5)에 의해서 ILSS값을 구하였다.
- 일방향 복합재료는 에폭시수지와 경화 제 DDM을 당량비 1 : 1로 흔합하여 70 p 에서 녹이고, MEK 를 에폭시수지와 무게비 1 : 1로 첨가하여 희석시켰다. 이를 상온으로 냉각시켜, 탄소섬유와 함께 filament winding을 통하여 탄소섬유의 일방향 프리프레그 (prepreg)를 제조하였다. 이렇게 제작된 프리 프레그는 22 plies로 균일하게 적 층하고 vacu-um bag molding 방법을* 이용하여 Figure 3에 나타낸 경화 프로그램으로 150 p에서 7.
- 일방향 복합재료는 에폭시수지와 경화 제 DDM을 당량비 1 : 1로 흔합하여 70 p 에서 녹이고, MEK 를 에폭시수지와 무게비 1 : 1로 첨가하여 희석시켰다. 이를 상온으로 냉각시켜, 탄소섬유와 함께 filament winding을 통하여 탄소섬유의 일방향 프리프레그 (prepreg)를 제조하였다.
- 제조된 복합재료의 기계적 계면특성은 삼점 굴곡시험 (three-point bending test)으로부터 얻을 수 있는 ILSS 측정을 통하여 고 찰하였다. ILSS의 측정은 Instron #1125 시험기를 사용하였으며 ASTM D2344에 준해 span-to-depth ratio 4 : 1, cross-head speed 2 mm min-' 의 속도 로 측정하%<다.
- 탄소섬유 표면과 계면의 구성 원소, 결 합상태 및 에너지 준위를 알아보기 위해 XPS를 이용하여 니켈도금된 탄소섬유의 표면을 분석하였으며, 이를 Figure 5와 Table 2에 나타내었다.
대상 데이터
- )를 이용하여 분 석하였다. XPS 측정에 사용된 X-ray source는 Mg Ka를 사용하였으며, chamber 내의 압력은 10-8~ IO" torr로 조절하였다.
- '' 본 연구에서 사용된 무전해 니켈도금욕의 조성은 Table 1에 나타내었다. Table 1에서 보는 바와 같이 NiC12 및 NiSQ를 금속염으로 사용하였으며, NaC6H5O7와 NaF&POz를 각각 환원제와 착화제로 사용하였다. 그 리고, 안정제로 소량의 PbNO3를 사용하였으며, 도금 욕의 컨디션은 pH는 8.
- eq'1, 점도 : 11500~ 13500 cps)을 사용하였다. 경화제는 상기사의 제품인 diaminodiphenyl- methane (DDM)을 사용하였으며, YD-128의 고점 도를 낮추기 위해 methylethylketone (MEK) 을 희 석제로 사용하였다. 본 연구에 사용된 에폭시수지 및 경화제의 화학적 구조는 Figure 1에 나타내었다.
- 매트릭스로 사용한 에폭시수지는 국도화학(주)의 이관능성 에폭시 올리고머인 diglycidyl ether of bisphenol-A (DGEBA) 계 YD-128 (e.e.w. : 184 ~190 g.eq'1, 점도 : 11500~ 13500 cps)을 사용하였다. 경화제는 상기사의 제품인 diaminodiphenyl- methane (DDM)을 사용하였으며, YD-128의 고점 도를 낮추기 위해 methylethylketone (MEK) 을 희 석제로 사용하였다.
- 본 연구에서 강화재로 사용된 탄소섬유는 태광산업(주)에서 생산된 polyacrylonitrile (PAN) 계 고강도 탄소섬유 (TZ-307, 12K)로 표면처리 및 사이징 처리를 하지 않은 장섬유를 사용하였다.
이론/모형
- 이렇게 화학 환원도금 처리된 탄소섬유는 건조기에서 완전히 건조 시킨 후, 분석 및 탄소섬유/에폭시수지 복합재료의 제 조에 사용하였다. 각 처리 시간에 따른 니켈도금 양은 atomic absorption spectrophotometry (AAS)를 사용하여 확인하였다.
- ILSS의 측정은 Instron #1125 시험기를 사용하였으며 ASTM D2344에 준해 span-to-depth ratio 4 : 1, cross-head speed 2 mm min-' 의 속도 로 측정하%<다. 충격강도는 Izod impact tester (Tinus-Olsen Co.)를 사용하였으며 ASTM D256 에 준하여 측정하였다.
성능/효과
- 본 연구에서는 복합재료의 주요 강화재로 사용되고 있는 탄소섬유의 기계적 특성을 향상시키기 위해 무 전해 니켈도금 표면처리를 하여 탄소섬유의 표면특성 변화에 따른 복합재료의 기계적 특성에 미치는 영향 에 대하여 살펴보았다. XPS 결과를 통해 표면 특성을 살펴본 결과, 무전해 니켈도금된 탄소섬유의 표면 에 니켈 (N1) 및 인 (P)이 새롭게 형성되었으며, 산 소 관능기들이 증가할 뿐만 아니라 Ois/C”비가 증가 하였으나, ILSS는 크게 향상시키지 못하는 것을 확 인하였다. 반면, 충격강도는 무전해 도금으로 도입된 니켈-인 합금의 양이 증가할수록 복합재료가 모두 우수한 충격강도의 증가를 보여 주었다.
- 반면, 충격강도는 무전해 도금으로 도입된 니켈-인 합금의 양이 증가할수록 복합재료가 모두 우수한 충격강도의 증가를 보여 주었다. 따라서, 무전 해 니켈도금으로 탄소섬유 표면에 도입되는 Ni-P 합 금은 탄소섬유/에폭시수지 복합재료의 연성과 충격 강도를 향상시킴을 확인하였다.
- 특히, ILSS에서 as-received보다 낮은 값을 보였던 15분과 20분 처리했던 탄소섬유를 이용한 복합재료의 충격강도는 괄목할만한 향상을 보 였는데, 이는 항복점 이후에서 크랙이 전파하는 동안 복합재료에 의해서 흡수돤 에너지가 증가했기 때문인 것으로 생각되며, 이는 Figure 7의 load-displace-ment 곡선으로부터 간접적으로 확인할 수 있었다. 따라서, 충격 시험 결과로부터 복합재료의 연성은 표 면처리하지 않은 탄소섬유를 이용한 복합재료와 비교 해 볼 때, 니켈도금된 탄소섬유를 이용한 복합재료에서 크게 개선되는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 탄 소섬유에 도입된 Ni-P 합금의 영향으로 판단된다.
- 5 eV 부근에서 각각 Cls와Ols의 피크 를 관찰할 수 있었다. 또한 니켈도금되지 않은 탄소 섬유 표면의 경우 (a) Ni2p 피크 (binding energy, BE=857 eV)7} 나타나지 않았으나, 니 켈도금된 탄 소섬유 표면의 경우 (b, c, d, e)는 Ni2p 및 피크 (BE = 135eV)를 확인할 수 있었다.
- 일반적으로 복합재료의 계면에서 섬유 표면의 산성 관능기들은 약염기성의 에폭시수지와 강한 결합을 하는 것으로 알려져 있으며, 전해 도금했을 때보다 무전해 도금했을 때 O“/Gs비가 더 크게 증가하 였음에도 무전해 도금했을 때 ILSS 가 더 크게 증가 하지 못한 것은 무전해 도금으로 도입된 Ni-P 합금 이 형성하는 니켈-에폭시 사이의 결합보다 니켈-탄 소섬유 사이의 결합이 상대적으로 약하다는 것을 보여 주는 것으로 사료되어진다. 반면, 무전해 니켈도 금으로 탄소섬유 표면에 형성되어진 Ni-P 합금은 항 복점 이후에서 크랙이 전파하는 동안 복합재료에 의해서 흡수되는 에너지가 증가하여 최종 복합재료 연 성의 향상을 보여주었으며, 특히 10분 동안 처리한 탄소섬유에서 ILSS 및 연성이 모두 우수해졌음을 알 수 있었다.
- XPS 결과를 통해 표면 특성을 살펴본 결과, 무전해 니켈도금된 탄소섬유의 표면 에 니켈 (N1) 및 인 (P)이 새롭게 형성되었으며, 산 소 관능기들이 증가할 뿐만 아니라 Ois/C”비가 증가 하였으나, ILSS는 크게 향상시키지 못하는 것을 확 인하였다. 반면, 충격강도는 무전해 도금으로 도입된 니켈-인 합금의 양이 증가할수록 복합재료가 모두 우수한 충격강도의 증가를 보여 주었다. 따라서, 무전 해 니켈도금으로 탄소섬유 표면에 도입되는 Ni-P 합 금은 탄소섬유/에폭시수지 복합재료의 연성과 충격 강도를 향상시킴을 확인하였다.
- 5 kg厂 cm/cm이상으로 향상되었으며, 도입된 니켈의 양이 증가하면서 복합재료가 모두 우수한 충격강도의 향상을 보여주었다. 특히, ILSS에서 as-received보다 낮은 값을 보였던 15분과 20분 처리했던 탄소섬유를 이용한 복합재료의 충격강도는 괄목할만한 향상을 보 였는데, 이는 항복점 이후에서 크랙이 전파하는 동안 복합재료에 의해서 흡수돤 에너지가 증가했기 때문인 것으로 생각되며, 이는 Figure 7의 load-displace-ment 곡선으로부터 간접적으로 확인할 수 있었다. 따라서, 충격 시험 결과로부터 복합재료의 연성은 표 면처리하지 않은 탄소섬유를 이용한 복합재료와 비교 해 볼 때, 니켈도금된 탄소섬유를 이용한 복합재료에서 크게 개선되는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 탄 소섬유에 도입된 Ni-P 합금의 영향으로 판단된다.
- s, 그리고 0s/Gs비의 변화를 나타낸 것이다. 표에서 보는 바와 같이, 도금 시간에 따라 처리한 탄소섬유 표면의 0s비는 증가하다가 15분 이상에서 감소하는 경향을 보였으나, N%비는 도금 시간과 무관함을 확인하였다. 한편, Ok/C*의 비는 니켈도금하지 않은 탄소섬유에서 0.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.