[논문]실란처리 된 MMT/에폭시 나노복합재의 인장특성

하성록; 정협재; 이경엽

실란처리 된 MMT/에폭시 나노복합재의 인장특성
Tensile Characteristics of Silane-modified MMT/epoxy Nanocomposites 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.23 no.11 = no.188, 2006년, pp.103 - 107

하성록 (경희대학교 기계공학과) , 정협재 (경희대학교 기계공학과) , 이경엽 (경희대학교 테크노공과대학.산학협력기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

It is well-known that the mechanical properties of MMT(montmorillonite) nanocomposites are better than those of conventional composites. In this study, tensile tests were performed to determine the effect of silane modification of MMT and its weight ratio on the tensile properties of MMT/epoxy nanocomposites. It was found that the tensile strength and the elastic modulus of MMT/epoxy nanocomposites increased with increasing weight ratio of MMT. The elastic modulus of silane-modified MMT/epoxy nanocomposites was higher than that of untreated MMT/epoxy nanocomposites, irrespective of weight ratio.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

MMT의 실란처리에 따른 MMT/에폭시 나노 복합재에 있어 MMT의 중량비의 증가가 인장강도에 미치는 영향을 알아보기 위해 MMT 중량비에 따른 인장강도 변화를 측정하였다. 각 중량비에 따른 인장강도 값은 응력-변형률 선도에서 응력이 증가하다가 감소하기 시작하는 점, 즉 최대 응력 값으로 결정하였다.
MMT의 실란처리에 따른 MMT7에폭시 나노 복합재에 있어 MMT의 중량비의 증가가 탄성계수에 미치는 영향을 알아보기 위해 MMT 중량비에 따른 MMT/에폭시 복합재의 탄성계수를 측정하였다. 탄성계수는 잘 알려져 있듯이 응력-변형률 선도에서 초기의 선형구간에서의 기울기를 나타내며 이를 측정함으로써 재료의 인장특성을 살펴볼 수 있다.
또한 MMT의 중량비가 인장특성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 이를 위해 실란으로 MMT 표면을 개질하였으며 중량비를 3 단계로 변화 시켜 MMT/에폭시 나노복합재를 제조한 후 경도 및 인장시험을 수행함으로써 MMT의 실란처리 및 중량비에 따른 나노복합재의 인장특성 변화에 대해 검토하였다.
본 논문에서는 MMT의 표면을 실란처리하여 고분자 기지와의 반응성을 향상시킴으로써 MMT 층간에 고분자기지의 삽입 및 계면접착이 용이하도록 하였다. 또한 MMT의 중량비가 인장특성에 미치는 영향에 대해 연구하였다.

제안 방법

경도시험은 마이크로 경도시험기를 이용하여 ASTM E92"에따라 25 gf의 작용하중으로 비커스 경도시험을 수행하였다. 인장시험은 성형된 나노복합재를 ASTM D638&에 따라 두께 3.
MMT/에폭시 나노복합재 제작을 위해 에폭시 (DGEBA)와 경화제(PAA)의 비율을 2:1로 하였으며, 전체무게 대비 20 %의 아세톤을 추가로 첨가하여 교반하였다. 이후 실란처리된 MMT를 수지 대비 2 wt%, 6 wt%, 10 wt%의 중량비로 하여 첨가한 후 교반기를 이용하여 25 °C에서 3 시간 동안 혼합하였다.
MMT를 실란으로 표면처리 할 경우 얼마나 탄성계수가 향상되는가를 정량화하기 위해 표면처리 하지 않은 MMT와 표면처리 된 MMT를 적용한 MMT/에폭시 나노복합재의 탄성계수를 비교하였다. Fig.
MMT의 실란 표면처리 및 중량비가 MMT 나노 복합재의 인장특성에 미치는 영향을 규명하기 위해순수에폭시 및 실란처리된 MMT/에폭시 나노 복합재를 중량비를 3 단계로 변화시켜 MMT/에폭시 나노 복합재를 제작하였고 이로부터 경도 및 인장시험을 수행하였다. 본 연구에서 얻은 결론은 다음과 같다.
변화를 측정하였다. 각 중량비에 따른 인장강도 값은 응력-변형률 선도에서 응력이 증가하다가 감소하기 시작하는 점, 즉 최대 응력 값으로 결정하였다. Fig.
나노복합재의 경도 및 인장특성을 살펴보기 위해 경도 및 인장시험을 수행하였다. 경도시험은 마이크로 경도시험기를 이용하여 ASTM E92"에따라 25 gf의 작용하중으로 비커스 경도시험을 수행하였다.
2 mm/min)로 수행하였다. 본 연구에서는 실험 결과의 유사성을 위하여 최소한 다섯 번이 상의실험을 반복 수행하였다. Fig.
또한 MMT의 중량비가 인장특성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 이를 위해 실란으로 MMT 표면을 개질하였으며 중량비를 3 단계로 변화 시켜 MMT/에폭시 나노복합재를 제조한 후 경도 및 인장시험을 수행함으로써 MMT의 실란처리 및 중량비에 따른 나노복합재의 인장특성 변화에 대해 검토하였다.
이후 실란처리된 MMT를 수지 대비 2 wt%, 6 wt%, 10 wt%의 중량비로 하여 첨가한 후 교반기를 이용하여 25 °C에서 3 시간 동안 혼합하였다. 이와 같이 교반된 혼합물을 3 시간 동안 -760 mmHg 압력의 진공오븐에 넣어 아세톤과 기포를 제거한 후 이를 PTFE 몰드에 붓고 110QC 온도를 유지한 상태에서 12시간 동안 오븐에서 경화시켜 나노복합재를 제작하였다.
교반하였다. 이후 실란처리된 MMT를 수지 대비 2 wt%, 6 wt%, 10 wt%의 중량비로 하여 첨가한 후 교반기를 이용하여 25 °C에서 3 시간 동안 혼합하였다. 이와 같이 교반된 혼합물을 3 시간 동안 -760 mmHg 압력의 진공오븐에 넣어 아세톤과 기포를 제거한 후 이를 PTFE 몰드에 붓고 110QC 온도를 유지한 상태에서 12시간 동안 오븐에서 경화시켜 나노복합재를 제작하였다.
경도시험은 마이크로 경도시험기를 이용하여 ASTM E92"에따라 25 gf의 작용하중으로 비커스 경도시험을 수행하였다. 인장시험은 성형된 나노복합재를 ASTM D638&에 따라 두께 3.0 mm, 양끝단 및 가운데 폭이 각각 15.0 mm, 8.0 mm의 인장시편으로 가공한 후 만능재료시험기를 이용하여 일정한 변형률 속도 (0.2 mm/min)로 수행하였다. 본 연구에서는 실험 결과의 유사성을 위하여 최소한 다섯 번이 상의실험을 반복 수행하였다.

대상 데이터

또한 강화제로 사용된 MMT (Na+-MMT)는 Southern Clay 사의 Cloisite series< 사용하였다. MMT의 양이온 교환능력 및 층간거리 등의 특성은 Table 1에 나타나 있다.
본 연구에 사용된 에폭시 수지는 분자량이 180~190g/eq 인 DGEBA (Diglycidyl Ether of Bis-phenol A, YD-115 국도화학) 계열이고, 경화제는 분자량이 95시 15g/eq인 PAA (Poliamidoamine) 계열이다. 또한 강화제로 사용된 MMT (Na+-MMT)는 Southern Clay 사의 Cloisite series< 사용하였다.

이론/모형

MMT의 양이온 교환능력 및 층간거리 등의 특성은 Table 1에 나타나 있다.° 본 연구에서는 MMT의 표면 개질 효과를 규명하기 위해 Shanmugharaj 등 이사용 한 방법을 적용하여 MMT 의 표면을 실란 (3-Aminopropylethoxysilane, Aldrich)처리 함으로써 표면 개질 하였다.‘°

성능/효과

1) MMT의 중량비가 증가할수록 인장강도와 탄성계수는 증가한다. 중량비가 10wt% 인 경우 MMT/에폭시의 인장강도 및 탄성계수 값은 2 w%t 경우에 비해 각각 20.
2) MMT 중량비가 증가함에 따라 탄성계수 값이 증가하는 원인으로는 MMT가 강화재로 작용하여 나노복합재의 변형을 억제하고 이러한 현상은 MMT 중량비가 증가할수록 MMT의 강화작용이 더욱 증가되는 것으로 판단된다.
3) MMT 중량비에 상관없이 MMT를 실란처리 할 경우 표면처리 하지 않은 경우에 비해 탄성계수가 증가한다. 이는 MMT 표면을 실란처리 함으로써 분산성이 향상 되고 MMT와 에폭시 계면의 계면분리현상이 억제되는 현상에 기인하는 것으로 사료된다.
특히 중량비가 2 wt% 경우 순수 에폭시 경우와 나노복합재 경우의 인장강도 값이 크게 차이가 나지 않으나 중량비가 6 wt% 이상으로 증가하면 두 경우의 인장강도 값은 차이가 커짐을 알 수 있다. 구체적으로 MMT/에폭시 나노 복합재에서 MMT의 중량비가 2 wt%와 10 wt%인 경우의 평균 인장강도 값은 각각 29.9 MPa 및 43.1 MPa로 약 44.1 % 이상 증가하였다.
2에 나타나 있듯이 MMT의 중량비가 증가함에 따라 경도 값이 증가함을 알 수 있다. 특히 실란처리된 MMT의 중량비가 2 wt%일 때의 평균 경도 값은 11.4 Hv이였으며 10 wt%일 때의 평균 경도 값은 13.7 Hv로써 MMT의 중량비가 2 wt%에서 10 wt%로 증가함에 따라 MMT7에폭시나노복합재의 평균 경도 값은 최대 20.1 % 이상 증가함을 알 수 있다. MMT의 중량비가 증가함에 따라 경도 값이 증가하는 이유는 Hall-Petch 관계식 (Hall-Petch relationship)"으로 설명할 수 있다.

후속연구

그러나 실란처리로 인한 MMT의 분산성 향상 및 계면분리 감소를 정확하게 해석하기 위해서는 XRD 해석 및 파단면에 대한 SEM 해석이 필요하다. 이는 추후의 논문에서 다룰 예정이다.

참고문헌 (13)

Liu, X. and Wu, Q., 'PP/clay nanocomposites prepared by grafting-melt intercalation,' Polymer, Vol. 42, pp. 10013-10019, 2001

상세보기
Zerda, A. S. and Lesser, A. J., 'Intercalated clay nano- composites: morphology, mechanics, and fracture behavior,' J. polymer science:part B, Vol. 39, pp. 1137-1146, 2001

상세보기
Pluart, L. L., Duchet, J. and Sautereau, H. 'Epoxy/ montmorillonite nanocomposites: influence of organophilic treatment on reactivity, morphology and fracture properties,' Polymer, Vol. 46, pp. 12267-12278, 2005

상세보기
Yasmin, A., Abot, J. L. and Daniel, I. M., 'Processing of Clay/Epoxy Nanocomposites With a Three-Roll Mill Machine,' Materials Research Society symposia proceedings, Vol. 740, pp. 75-80, 2003
Daniel, I. M., Miyagawa, H., Gdoutos, E. E. and Luo, J. J., 'Processing and Characterization of Epoxy/Clay Nanocomposites,' Experimental mechanics, Vol. 43, pp. 348-354, 2003

상세보기
Tjong, S. C. and Bao, S. P., 'Preparation and noni- sothermal crystallization behavior of polyamide 6/montmorillonite nanocomposites,' Journal of polymer science Part B, Vol. 42, pp. 2878-2891, 2004

상세보기
Yasmin, A., Abot, J. L. and Daniel, I. M., 'Processing of clay/epoxy nanocomposites by shear mixing,' Scripa Materailia, Vol. 49, pp. 81-86, 2003

상세보기
Liu, W., Hoa, S. V. and Pugh, M., 'Fracture toughness and water uptake of high-performance epoxy/nanoclay nanocomposites,' Composites Sci. Technol., Vol. 65, pp. 2364-2373, 2005

상세보기
http://www.nanoclay.com
Shanmugharaj, A. M., Rhee, K. Y. and Ryu, S. H., 'Influence of dispersing medium on grafting of aminopropyltiethoxysilane in swelling clay materials,' J. Colloid and Interface Sci., In Press

상세보기
ASTM E92, 'Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials,' 1982
ASTM D638, 'Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics,' 2003
Ohring, M., 'Materials science of Thin film,' Academic Press, 1992

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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