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문제 정의
- 그러나 이들 연구는 한 종류의 형상비를 갖는 MWCNT만을 사용하거나 MWCNT의 첨가 농도에 따른 물성을 확인에 국한되었다. 따라서 본 연구에서는 형상비가 매우 큰 차이를 보이는 세 종류의 MW CNT에 대하여 고분자내의 분산정도와 복합재료의 기계적/전기적 특성 변화를 확인하고자 하였다. 또한 MWCNT는 기계적 분산 방법인 호모믹서와 3단롤밀 방법을 이용하여 에폭시에 분산하였으며 MWCNT 첨가 농도의 변화에 따른 복합재료의 인장 및 굽힘 특성과 전기 전도도를 확인하였다.
제안 방법
- MWCNT/에폭시 복합재료의 기계적 물성 평가를 위해 인장과 굽힘 시험을 하였다. 인장 시험은 ASTM D638 규격을 사용하였으며 시험 속도는 5mm/tnin 로 하였다.
- MWCNT의 형상비(C-CNT: 160, CM-95:1200, CM-100: 14(此。)와 포함량(0~3M%)의 차어에 따른 에폭시 내 분산 정도와 복합재료의 기계적/전기적 특성 변화를 확인하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 인장 시험은 ASTM D638 규격을 사용하였으며 시험 속도는 5mm/tnin 로 하였다. 굽힘 시험은 ASTM D790 규격을 사용하여 시험 속도 1.5~1.7mm/min로하여 3점 굽힘 시험을 하였다. Fig.
- 따라서 본 연구에서는 형상비가 매우 큰 차이를 보이는 세 종류의 MW CNT에 대하여 고분자내의 분산정도와 복합재료의 기계적/전기적 특성 변화를 확인하고자 하였다. 또한 MWCNT는 기계적 분산 방법인 호모믹서와 3단롤밀 방법을 이용하여 에폭시에 분산하였으며 MWCNT 첨가 농도의 변화에 따른 복합재료의 인장 및 굽힘 특성과 전기 전도도를 확인하였다.
- 3과 같은 방법으로 시편을 제작하였다. 성형 후 시편의 원활한 이탈을 위해 금형에 이형제를 사용하였으며 3.6mm 간극 게이지를 사용하여 시편의 두께를 3.6mm로 유지하였다. 시편의 수축 방지를 위해 하중을 가한 상태로 125℃에서 3시간 동안 경화하였다.
- 이용하였다. 에폭시 수지와 경화제를 혼합한 후 MWCNT를 투입하였다. 먼저 호모믹서를 이용하여, 임펠러 회전속도 3000rpm, 혼합물 온도 25C의 조건 하에서 2분 동안 분산 처리하였다.
대상 데이터
- 이 방법을 사용한 복합재는 매우 뛰어난 MWCNT 분산 효과로 인하여 기계적 물성치가 증가한다고 보고되고 있다[9, 10]. MW CNT 가 포함된 고분자 복합재료의 기계적 및 전기적 특성 연구에서는 50-200 [11], 100-1000 [12], 1000-4000 μ3」4]등의 다양한 형상 비를 가지는 MWCNT가 사용되었다. 그러나 이들 연구는 한 종류의 형상비를 갖는 MWCNT만을 사용하거나 MWCNT의 첨가 농도에 따른 물성을 확인에 국한되었다.
- 무게비율.료 사용하여 제조하였다 보강재료로서 형상 비가 다른 MWCNT를 사용하였으며 자세한 크기를 Table I에 나타내었다. 여기시 형상비는 직경과 길이의 중간 값으로부터 계산하였따.
- 계산되었다. 전기전도도 측정을 위해 사용된 시편의 치수는 15mmxl5mmx3.6mm이다. Fig.
이론/모형
- 이전의 분산 방법은 높은 전단력을.가진 호모믹서에 의한 혼합과 초음파 에너지를 이용하는 sonication 분산법을 이용하였다. 이런 방법들은 MWCNT 를 용매에 분산하기에는 용이하나 수지에 직접 분산히는 것은 어렵다.
- 시험을 하였다. 인장 시험은 ASTM D638 규격을 사용하였으며 시험 속도는 5mm/tnin 로 하였다. 굽힘 시험은 ASTM D790 규격을 사용하여 시험 속도 1.
성능/효과
- 2) 포함량 iwt%를 갖는 MWCNT 형상비에 따른 인장 특성 결과는 CM-95에서 가장 우수하였다. CM-95의 포함량에 따른 인장강도와 탄성계수 결과는 iwt%에서 가장 높았으며 에폭시 수지 대비 각각 7.
- 3) 포함량 hvt%를 갖는 MWCNT의 형상비에 따른 MWCNT/ 에폭시 복합재료의 전기전도도는 MWCNT이 형상 비가 클수록, 또 포함량이 증가할수록 전기전도도가 증가하였다.
- CM-95에서 가장 우수하였다. CM-95의 포함량에 따른 인장강도와 탄성계수 결과는 iwt%에서 가장 높았으며 에폭시 수지 대비 각각 7.0%와 42% 증가하였다. 포함량 Iwt%를 갖는 MWCNT 형상비에 따른 굽힘 강도도 CM-95에서 가장 우수하였다.
- I) SEM을 통해 형상비 차이예 따른 MWCNT의 분산 정도를 관찰한 결과 형상비가 12(X)(CM・95)에서 분산이 양호한 결과를 확인하였다. 이를 바탕으로 CM-95의 포함량 차이에 따른 분상 상태를 SEM을 통해 관찰한 결과 포함량이 2wt%까지는 분산이 양호하였다.
- 6의 MWCNT의 분산 상태를 바탕으로 CM-95의 첨가 농도를 변화시켜 MWCNT/에폭시 복합재의 파단면을 SEM으로 관찰한 사진이다. MWCNT 포함량이 2wt% 까지는 분산 상태와 분포가 점차 향상된 반면 MWCNT 3wt%에서는 MWCNT의 엉킴으로 인해 일정하지 못한 것이 관찰되었다.
- 두께 방향과 면내 방향 모두 비슷한 전기전도도 값을 보이는데 그 이유는 3단롤밀에 의한 분산이 3차원적으로 고르게 이루어져 MWCNT가 무작위로 배열되어 있기 때문이다. 두께 방향과 면내 방향의 전기전도도는 형싱■비가 높을수록 증가하였다. 이것은 MWCNT의 길이가 커질수록 상호간 접촉이증가되어 전기적 네트워크 형성이 증가되는 것으로 판단된다.
- 8은 형상비가 다른 MWCNT가 포함된 에폭시 복합재료의 인장강도 및 인장탄성계수 결과로서, MWCNT 포함에 따른 보강효과를 볼 수 있다. 세 종류의 MWCNT 중 CM-95의 경우 인장톡성이 우수하였으며 에폭시 수지와 비교하여 인장강도 및 탄성계수 증가는 각각 7.0% 및 4.2%였다. CM-100의 경우, 인장 강도 값은 매우 큰 편차를 보였는데 그 이유는 분산 처리 도중 3단롤밀의 매우 큰 전단력으로 인하여 많은 수의 MWCNT가 절단되어 그 길이의 차이에 따라 강도 값에 큰 편차가 생긴 것으로 판단된다.
- 확인하였다. 이를 바탕으로 CM-95의 포함량 차이에 따른 분상 상태를 SEM을 통해 관찰한 결과 포함량이 2wt%까지는 분산이 양호하였다.
- 9은 형상비에 따른 인장 시험 결과에서 가장 높은 특성을 보인 CM-95에 대하여 첨가 농도의 변화를 주었을 때의 인장강도 및 탄성계수 결과이다. 인장강도 및 탄성계수는 Iwt%까지 증가를 보이나 Iwt% 이후 포함량에서는 감소되었다. 이러한 감소는 Fig 7에서 보는 바와 같이MWCNT 포함량이 높은 경우 불균일한 분포와 부분적인 엉킴이 생겼기 때문으로 보인다.
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