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고분자 복합재료의 표면 친수화 및 소수화 메커니즘 해석
Analysis on the Surface Hydrophilicity & Hydrophobicity Mechanism of Polymer Composites 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.7, 2013년, pp.3437 - 3443  

임경범 (혜천대학교 소방안전관리과) ,  노태호 (혜천대학교 소방안전관리과) ,  이재오 (전주대학교 소방안전공학과)

초록
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고분자 절연재료는 기존의 세라믹 절연재료에 대체되는 물질로 매년 수요가 꾸준히 급증하고 있다. 그러나, 실용에 있어 장시간 외부로부터 가해지는 열화인자에 노출됨에 따라 경시적 성능저하 및 수명단축이 발생되고, 이를 근본적으로 해결하기 위한 고분자 열화메커니즘의 규명이 안전성 향상 및 신뢰성 확보를 위해 중요한 과제로 대두되고 있다. 본 연구는 이러한 열화발생 및 진행경로를 해석하기 위한 일환으로 열, 수분에 의한 열화를 각각 임의로 모의하여, 열화 발생메커니즘을 해석하였다. 특히, 본 연구에서는 화학적 측면의 특성분석을 수행하였고, 이를 통해 표면의 친수 소수적 분자구조 분석으로 최종적인 표면열화 모델링을 도출하였다. PCB 기판용 고분자 복합재료를 대상으로 열, 수분 가속열화에 따른 표면에서의 접촉각, XPS 분석을 통해 표면의 변화 메커니즘을 분석하였다. 친수화 경향을 나타내는 표면은 접촉각의 감소와 carboxyl($-COO^*$) 라디칼이 다량 발생하였으며, 소수화 경향을 나타내는 표면은 접촉각의 증가와 표면에서 산소기의 이탈과 탄소결합의 불포화 이중결합화로 안정된 화학구조를 구성하고 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The polymer insulators have been extensively used as an alternate material of ceramic insulators. However, when they are used in practical conditions, there are many problems of decreasing performance and shortening lifetime due to the exposures of degradation factors applied from the outdoor situat...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 고분자 복합절연재료인 FRP의 표면열화 발생 및 경로를 해석하기 위하여 열 및 수분열화를 각각 임의로 모의하여 고분자 표면에서 발생되는 친수화 및 소수화 표면메커니즘을 비교 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
일반적인 고분자 절연재료의 특징은? 일반적으로 고분자 절연재료는 물질구성에서 기대되는 높은 전기절연성과 광범위하게 변화할 수 있는 기계적 특성 및 화학적 안정성뿐만 아니라 성형의 용이성, 경량성 및 시스템설비의 저비용화가 가능하다. 특히, 유리섬유 강화 복합재료(FRP: fiber reinforced plastics)는 전기적 및 화학적으로 우수한 특성을 갖는 에폭시수지에 기계적 강도를 보강하기 위해 유리섬유를 함침시킨 hybrid재료로서 전기·전자부품, 전력·통신케이블, 전자 소자, PCB 기판 및 항공우주 산업에 이르기까지 폭 넓게 사용되고 있다[1-3].
FRP를 전기절연재료로서 외부환경에서 사용하는 경우 자외선, 방전 등의 외적 요인으로 인해 발생하는 문제는? 그러나, FRP를 전기절연재료로서 외부환경에 사용하는 경우, 태양의 복사열, 자외선, 방전, 습기 및 온도의 극한적 변화, 염분, 오염물의 부착 등 다양한 물리·화학적 열화요인에 노출된다. 이러한 외적 요인으로 발생되는 열화는 복합재료 구성성분 중, 주로 유기고분자 재료의 표면 및 인위적으로 복합화된 계면의 특성변화가 지배적인 인자로 인식되고 있으며, 이것이 복합재료의 사용에서 장기적으로 요구되는 전기적․기계적 성능저하에 중대한 영향을 미쳐, 최종적으로 절연파괴를 야기하게 된다[4,5].
소수화 표면의 응용의 이점은? ③특히, 표면 반응성 및 유동성을 결정하는 측쇄의 지속적인 감소와 라디칼의 재결합으로 표면가교쇄가 급격히 증가한다.」이러한 소수화 표면의 응용은 외부 환경인자와의 초기 반응 자체를 차단하는 것이 가능하므로, 내환경성의 유지를 통한 유효성능 증가 및 소수화 표면의 device화와 전기적으로는 누설전류를 저하시켜 표면 절연성능의 향상이 가능하겠다[11-12].
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참고문헌 (13)

  1. Derek Hull, An Introduction to Cmposite Materials, pp.36-45, Cambridge University Press, 1992. 

  2. K. Dusek, Epoxy Resins and Composites, pp.24-54, Springer-Verlag, 1985. 

  3. M. H. Geier, Quality Handbook for Composite Materials, p.4, Chapman & Hall, 1994. 

  4. S. Meiners, J. G. H. Salge, E. Prinz, and F. Forster, "Surface modification of polymer materials by transient gas discharge at atmospheric pressure", Surface & Coatings Technology, Vol. 98, pp.1121-1127, 1998. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0257-8972(97)00234-X 

  5. S. A. Trifonov, E. Yu. Semenova, and A. A. Malygin, "Surface Modification and Thermal Oxidation Resistance of Polyvinyl Chroride Film", Russian Journal of Applied Chemistry, Vol.69, No.11, pp.1735-1738, 1996. 

  6. Terutaka Tamai, "Formation of $SiO_2$ on Contact Surface and Its Effect on Contact Reliability", IEEE Trans. Comp. Hybrids, Manuf. Technol., Vol.16, No.4, pp.437-441, 1993. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/33.237940 

  7. J. Meichsner, M. Zeuner, B. Krames, M. Nitschke, R. Rochotzki, and K. Barucki, "Plasma diagnostics for Surface modification of polymers", Surface and Coating Technology., Vol.98, pp.1565-1571, 1998. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0257-8972(97)00298-3 

  8. Fabio Garbassi, Marco Morra, Ernesto Occhiello, Polymer Surfaces : From Physics to Technology, John Wiley & Sons Ltd., pp. 161-199, 1994. 

  9. J. C. Riviere, S. Myhra, Handbook of Surface and Interface Analysis : Methods for Problem-Solving, Marcel Dekker Inc., pp. 57-91, 159-208, 1998. 

  10. John C. Vickerman, Surface Analysis - The Principal Techniques, pp. 43-98, John Wiley & Sons Ltd, 1997. 

  11. K. Matsushita, N. Suzuki, S. Okuyama, and K. Okuyama, "Hydrophobicity of a hydrochloric-treated GaAs surface analyzed by contact angle measurement", J. Electrochem. Soc., Vol.145, No.4, pp.1381-1384, 1998. DOI: http://dx.doi.org/10.1149/1.1838469 

  12. Kyung-bum Lum, Beak-Su Lee, Duck-Chool Lee, "Study on electrical and chemical characteristics of heat-treated FRP" Journal of Electrostatics, 57, 13-27, 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0304-3886(02)00074-8 

  13. Kyung-Bum Lim, Beak-Su Lee, Jong-Taek Kim, Duck-Chool Lee, "Correlation of surface hydrophilicity and surface static properties in epoxy/glass fiber by plasma treatment", Surface and Interface Analysis, 33, 918-923, 2002. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/sia.1445 

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