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화염 플라즈마 및 실란 표면처리가 실리카 강화 고무복합재료의 기계적 특성에 미치는 영향
Effect of Surface Treatments with Flame Plasma and Silane on Mechanical Properties of Silica Reinforced Elastomeric Composites 원문보기

복합재료 : 한국복합재료학회지 = Journal of the Korean Society for Composite Materials, v.24 no.6, 2011년, pp.18 - 24  

이준만 (영남대학교 기계공학부 대학원) ,  류상렬 (영남대학교 기계공학부) ,  이동주 (영남대학교 기계공학부)

초록
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대기압 화염 플라즈마(APFP) 및 에폭시 실란(ES) 표면처리 한 실리카($V_f=40%$) 강화 고무복합재료의 기계적 특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 고무복합재료의 인장강도는 평균 입자경이 감소할수록 크게 증가하였고, 평균 입자경 $2.2{\mu}m$일때, 기지(2.52MPa)에 비해 1.4배 증가하였다. 또한 APFP 및 EP의 처리로 인장강도가 각각 8.8~13.3%, 9.9~12.5% 향상되었다. 평균 입자경이 $26.6{\mu}m$일 때, 고무복합재료의 인장탄성율은 기지(0.88MPa)에 비해 2배 증가하였고, APFP 및 EP의 처리로 인장 탄성율이 각각 15.6~22.8%, 21.1~25.8% 증가되었다. 기존의 실란 커플링제 처리방법은 유기용제의 사용 등의 몇 가지 단점을 가지고 있지만, APFP 처리법은 기계적 특성을 향상시키는데 빠르고, 경제적이며 친환경적인 방법이라 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The effect of surface treatments with the atmospheric pressure flame plasma (APFP) and epoxy silane (ES) is experimentally investigated to yield the best mechanical properties of silica ($V_f=40%$) reinforced elastomeric composites. The tensile strength of the composites is increased sign...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 대기압 화염 플라즈마(APFP, atmospheric pressure flame plasma)를 이용 표면처리 한 실리카 강화 실리콘 고무복합재료의 기계적 특성에 미치는 영향을 연구하며, 실란 커플링제 처리 결과와 비교한다. 또한 실리카 입자 크기에 따른 고무복합재료의 기계적 특성에 대해 검토한다. 기존의 실란 커플링제 처리 방법은 유기용제를 사용하기 때문에 환경오염을 유발하거나 처리공정이 복잡하고 노화현상이 빠르게 진행되는 단점이 있다.
  • 본 연구에서는 대기압 화염 플라즈마(APFP, atmospheric pressure flame plasma)를 이용 표면처리 한 실리카 강화 실리콘 고무복합재료의 기계적 특성에 미치는 영향을 연구하며, 실란 커플링제 처리 결과와 비교한다. 또한 실리카 입자 크기에 따른 고무복합재료의 기계적 특성에 대해 검토한다.
  • 동일한 유지시간에서 젖음량의 증가는 접촉각의 감소를 의미하며 표면에너지의 증가를 의미한다. 저자들은 APFP 처리를 이용한 NBR(acrylonitrile butadiene rubber)과 강판[10], NBR과 폴리아미드 직물[12]의 접착강도 향상에 관한 연구를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존의 실란 커플링제 처리 방법은 어떤 단점을 가지고 있는가? 또한 실리카 입자 크기에 따른 고무복합재료의 기계적 특성에 대해 검토한다. 기존의 실란 커플링제 처리 방법은 유기용제를 사용하기 때문에 환경오염을 유발하거나 처리공정이 복잡하고 노화현상이 빠르게 진행되는 단점이 있다. 반면에 APFP 처리는 열원 가스(LPG)를 대기압 하에서 완전 연소시켜 산화되는 과정에서 방출된 에너지에 의해서 기체의 원자 및 분자가 가열, 전리되어 생성된 플라즈마이다.
고무 보강을 위한 충전제의 필요조건은 무엇이 있는가? [1-4] 무정형의 고무는 부드럽고 약한 상태로 존재하다가 입자들의 충전에 의해서 단단하고 강한 고무가 될 수 있다. 고무 보강을 위한 충전제의 필요조건으로 충전제의 구조, 고무 기지와의 상호반응, 입자크기 등을 들 수 있다. 이들 중에 가장 중요한 조건은 입자크기가 충분히 작아야 한다는 것이다.
고분자 복합재료의 강성과 탄성율을 나노 크기 입자들을 혼합하여 쉽게 향상시킬 수 있는 이유는 무엇인가? 고분자 복합재료의 강성 혹은 탄성율은 마이크로 또는 나노 크기의 입자들을 혼합하여 쉽게 향상시킬 수 있다. 이는 단단한 무기입자들이 일반적으로 고분자 기지보다 훨씬 더 높은 강성을 가지고 있기 때문이다.[1-4] 무정형의 고무는 부드럽고 약한 상태로 존재하다가 입자들의 충전에 의해서 단단하고 강한 고무가 될 수 있다.
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참고문헌 (18)

  1. Zhu, Z.K., Yang, Y., Yin, J., and Qi, Z.N., "Preparation and Properties of Organosoluble Polyimide/silica Hybrid Materials by Sol-Gel Process," J Appl. Polym. Sci., Vol. 73, 1999, pp. 2977-2984. 

  2. Fu, S.Y., and Lauke, B., "Characterization of Tensile Behaviour of Hybrid Short Glass Fibre Calcite Particle ABS Composites," Composite Part A, Vol. 29, No. 5-6, 1998, pp. 575-583. 

  3. Amdouni, N., Sautereau, H., and Gerard, J.F., "Epoxy Composites Based on Glass-beads. 2. Mechanical- Properties," J Appl. Polym. Sci., Vol. 46, 1992, pp. 1723-1735. 

  4. Wang, M., Berry, C., Braden, M., and Bonfield, W., "Young's and Shear Moduli of Ceramic Particle Filled Polyethylene," J Mater. Sci. Mater. Med., Vol. 9, 1998, pp. 621-624. 

  5. Hamed, G.R., "Reinforcement of Rubber," Rubber Chem. and Tech., Vol. 73, 2000, p. 524. 

  6. Rodriguez, J., and Hamed, G.R., "Stylene-Butadiene Rubber Filled With Fluorinated Carbon Black," Rubber Chem. and Tech., Vol. 66, 1993, p. 286. 

  7. Ames, K., Gibala D., and Hamed, G.R., "Stylene-Butadiene Rubber Filled With Fluorinated Carbon Black: Part II. Effect of Curative Level," Rubber Chem. and Tech., Vol. 69, 1996, p. 273. 

  8. Thongpin, C., Sripetdee, C., Papaka, N., Pongsathornviwat, N., and Sombatsompop, N., "The Effect of Second Filler on Cure Characteristic and Mechanical Properties of Si-69 Treated Precipitate Silica/NR Composite," Advanced Materials Research, Vol. 79-82, 2009, pp. 2183-2186. 

  9. Ansarifara, A., Azharb, A., Ibrahima, N., Shiaha, S.F., and Lawto, J.M.D., "The Use of a Silanised Silica Filler to Reinforce and Crosslink Natural Rubber," Int. J of Adhesion & Adhesives, Vol. 25, 2005, pp. 77-86. 

  10. 류상렬, 이동주, "대기압 화염 플라즈마 처리가 강판의 표면 및 고무와의 접착특성에 미치는 영향," 한국복합재료학회지, 제23권 5호, 2010, pp. 1-7. 

  11. Sun, L., Chen, J., and Lynch, V., "Nanosiliver-Reinforced Antimicrobial Cellulose Fiber," 2011 TAPPI International Conference on Nanotechnology for Renewable Materials, June 6-8, 2011. 

  12. 류상렬, 이동주, "대기압 플라즈마 처리한 폴리아미드 직물과 NBR의 접착특성," 한국복합재료학회지, 제23권 6호, 2010, pp. 32-38. 

  13. 박수진, 진성열, 강수진, "충전재-탄성체 상호작용. 11. 상압플라즈마 처리가 나노구조의 실리카 표면특성에 미치는 영향," Elastomer, 제40권 1호, 2005, pp. 22-28. 

  14. 엄환섭, "대기압 플라즈마와 응용," 한국진공학회지, 제 15권 2호, 2006, pp. 117-138. 

  15. 이찬주, 이상곤, 박근환, 김병민, "대기압 Ar/ $O_{2}$ 플라즈마 표면처리된 자동차용 냉연강판의 표면특성 및 접착특성 평가," 대한기계학회논문집(A), Vol. 32, No. 4, 2008, pp. 354-361. 

  16. Pukanszky, B., and Voros, G., "Mechanism of Interfacial Interactions in Particulate Filled Composites," Composite Interface, Vol. 1, 1993, pp. 411-427. 

  17. Nakamura, Y, Yamaguchi, M, Okubo, M., and Matsumoto, T., "Effects of Particle Size on Mechanical and Impact Properties of Epoxy Resin Filled with Spherical Silica," J Appl. Polym. Sci., Vol. 45, 1992, pp. 1281-2189. 

  18. Chuayjuljit, S., Imvittaya, A., Na-Ranong, N., and Potiyara, P., "Effects of Particle Size and Amount of Carbon Black and Calcium Carbonate on Curing Characteristics and Dynamic Mechanical Properties of Natural Rubber," J of Metals, Materials and Minerals, Vol. 12, No. 1, 2002, pp. 51-57. 

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