섬유 프리프레그(prepreg)는 복합재료를 제조하기 위한 중간성형재료이다. 아라미드섬유직물에 범용 페놀수지와 polyvinyl butyral (PVB) 변성 페놀수지를 각각 40 wt%씩 도포하고, 열처리를 통해 B-stage 상태의 섬유 프리프레그를 제조하였다. 섬유 프리프레그의 표면형상을 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 프리프레그의 tack성은 복합재료 성형 시에 매우 중요한 특성으로 본 연구에서는 시험적 요인에 따른 tack성을 보기 위하여 probe tack 시험법을 적용하였다. 시험시의 contact time, contact force, debonding rate를 변수로 두었다. 섬유 프리프레그의 tack성은 시험적 요인의 증가에 따라 비례적으로 증가하다가 임계점에서부터는 일정한 값을 가지는 것을 확인하였다. 최종적으로 debonding rate에 따른 tack성의 변화와 프리프레그 표면에서의 fibrillation과의 상관관계를 고찰하였다.
섬유 프리프레그(prepreg)는 복합재료를 제조하기 위한 중간성형재료이다. 아라미드섬유직물에 범용 페놀수지와 polyvinyl butyral (PVB) 변성 페놀수지를 각각 40 wt%씩 도포하고, 열처리를 통해 B-stage 상태의 섬유 프리프레그를 제조하였다. 섬유 프리프레그의 표면형상을 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 프리프레그의 tack성은 복합재료 성형 시에 매우 중요한 특성으로 본 연구에서는 시험적 요인에 따른 tack성을 보기 위하여 probe tack 시험법을 적용하였다. 시험시의 contact time, contact force, debonding rate를 변수로 두었다. 섬유 프리프레그의 tack성은 시험적 요인의 증가에 따라 비례적으로 증가하다가 임계점에서부터는 일정한 값을 가지는 것을 확인하였다. 최종적으로 debonding rate에 따른 tack성의 변화와 프리프레그 표면에서의 fibrillation과의 상관관계를 고찰하였다.
The prepreg material is a sheet of the reinforcement pre-impregnated with a resin. In this study, two types of prepreg were prepared with a general phenolic resin and the polyvinyl butyral (PVB) modified phenolic resin, respectively, with resin content of 40 wt%. After resin impregnation, the prepre...
The prepreg material is a sheet of the reinforcement pre-impregnated with a resin. In this study, two types of prepreg were prepared with a general phenolic resin and the polyvinyl butyral (PVB) modified phenolic resin, respectively, with resin content of 40 wt%. After resin impregnation, the prepregs were heat treated in an oven to make them the B-stage. Surface morphology of the prepreg was observed by using a scanning electron microscope (SEM). Tack property of the prepreg is one of the major properties that govern the ability of prepreg to be laid up. In this study, the tack of prepreg was measured under various test parameters by a probe tact test. Test parameters were contact time, contact force and debonding rate. Most of the tack properties of the prepreg increased with the test parameters. Then tack properties exhibited a linear behavior with test parameters before a saturation point. Also, the tack of prepreg was investigated in relation with the fibrillation phenomena involved in the prepreg surface with the debonding rate.
The prepreg material is a sheet of the reinforcement pre-impregnated with a resin. In this study, two types of prepreg were prepared with a general phenolic resin and the polyvinyl butyral (PVB) modified phenolic resin, respectively, with resin content of 40 wt%. After resin impregnation, the prepregs were heat treated in an oven to make them the B-stage. Surface morphology of the prepreg was observed by using a scanning electron microscope (SEM). Tack property of the prepreg is one of the major properties that govern the ability of prepreg to be laid up. In this study, the tack of prepreg was measured under various test parameters by a probe tact test. Test parameters were contact time, contact force and debonding rate. Most of the tack properties of the prepreg increased with the test parameters. Then tack properties exhibited a linear behavior with test parameters before a saturation point. Also, the tack of prepreg was investigated in relation with the fibrillation phenomena involved in the prepreg surface with the debonding rate.
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문제 정의
본 연구에서는 보호용 복합재에 많이 쓰이는 페놀포름알데하이드(phenol formaldehyde) 수지와 polyvinyl butyral (PVB) 변성 페놀수지를 사용하여 아라미드/페 놀수지 프리프레그를 제조하였고 프리프레그의 표면형상을 관찰하였다. PVB 변성 페놀수지는 최종성형품인 복합재료의 인성을 증가시키는데 목적이 있다. 또한 probe tack 시험법을 통한 시험적 요인에 따른 프리프레그의 tack성의 변화를 고찰하였다.
본 연구에서는 아라미드/페놀수지 프리프레그를 제조하고 프리프레그의 표면형상을 관찰하였다. 또한 probe tack 시험법을 통한 시험적 요인에 따른 프리프레그의 tack성의 변화를 고찰하고 fibrillation 현상과의 상관관계를 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
또한 debonding rate의 변화(100 gf, 30 s)에 따라 프리프레그 표면에서의 fibrillation 효과와 tack성과의 상관관계를 유추해보았다.
본 연구에서는 아라미드/페놀수지 프리프레그를 제조하고 프리프레그의 표면형상을 관찰하였다. 또한 probe tack 시험법을 통한 시험적 요인에 따른 프리프레그의 tack성의 변화를 고찰하고 fibrillation 현상과의 상관관계를 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
PVB 변성 페놀수지는 최종성형품인 복합재료의 인성을 증가시키는데 목적이 있다. 또한 probe tack 시험법을 통한 시험적 요인에 따른 프리프레그의 tack성의 변화를 고찰하였다.
먼저 헤라크론 섬유를 10 × 10 cm로 자른 다음 페놀 수지 또는 PVB 변성페놀 수지를 스크류 롤러를 이용하여 코팅하였으며, 프리프레그의 tack성을 정확하게 측정하기 위해 프리프레그의 수지함량은 40 ± 1% (질량대비)로 일정하게 코팅되도록 설정하였다.
본 연구에서는 보호용 복합재에 많이 쓰이는 페놀포름알데하이드(phenol formaldehyde) 수지와 polyvinyl butyral (PVB) 변성 페놀수지를 사용하여 아라미드/페 놀수지 프리프레그를 제조하였고 프리프레그의 표면형상을 관찰하였다. PVB 변성 페놀수지는 최종성형품인 복합재료의 인성을 증가시키는데 목적이 있다.
섬유 프리프레그의 수지의 도포 상태와 프리프레그의 전체적인 모폴로지를 관찰하기 위하여 HITACHI사의 S4700 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 사용하여 30배의 배율로 관찰하였다.
이 시험적 요인은 Table 1과 같이 접촉시간을 1∼30 s, 접촉힘은 1∼100 g, debonding rate를 1∼50 mm/min범위에서 tack성의 변화를 측정하였다.
페놀계 수지와 PVB 변성페놀 수지를 기지재로 한 아라미드 섬유 프리프레그를 제조하고 표면형상을 분석하였다. Figure 1은 프리프레그의 표면형상을 나타낸 SEM 사진으로 수지가 섬유직물 표면에 균일하게 도포된 것을 확인하였다.
먼저 헤라크론 섬유를 10 × 10 cm로 자른 다음 페놀 수지 또는 PVB 변성페놀 수지를 스크류 롤러를 이용하여 코팅하였으며, 프리프레그의 tack성을 정확하게 측정하기 위해 프리프레그의 수지함량은 40 ± 1% (질량대비)로 일정하게 코팅되도록 설정하였다. 페놀수지가 코팅된 섬유직물을 130℃ 오븐에서 2 min간 열처리 하여 B-stage 상태의 프리프레그를 제조하였다.
대상 데이터
본 연구에서 프리프레그 제조를 위하여 현재 국내에서 생산되는 아라미드계 섬유인 헤라크론(1430d, 2 × 2 twill, 코오롱)을 사용하였으며, 페놀수지는 현대화이버에서 자체적으로 제조한 페놀 포름알데하이드 수지와 PVB와 페놀 포름알데하이드 수지를 50 : 50으로 혼합한 변성 페놀수지를 제공받아 사용하였다.
이론/모형
프리프레그의 tack성을 분석하기 위하여 가압감지 측정법인 probe tack 시험법을 채택하여 시행하였으며, TopTac 2000 Model을 사용하였다.
성능/효과
1) SEM에 의한 표면형상 분석결과 아라미드섬유 직물 표면에 B-stage 상태의 수지가 균일하게 도포된 것을 확인하였으며 휘발성분에 의한 크레이터의 발생을 관찰할 수 있었다.
2) 시험적요인의 변화에 따른 tack성을 분석 및 고찰 하였으며, 접촉시간, 접촉힘의 증가에 따라 10 s, 10 gf 까지 급격한 증가폭을 보이다가 더 긴 시간 및 힘에서는 거의 동일한 수준의 tack성을 확인할 수 있었다. 하지만 debonding rate의 변화에 따른 tack성은 임계점 이후로도 지속적으로 증가하였으며, 이러한 현상을 규명하기 위해 새로운 조건에서의 시험을 통해 fibrillation 현상에 의한 증가임을 확인하였다.
2) 시험적요인의 변화에 따른 tack성을 분석 및 고찰 하였으며, 접촉시간, 접촉힘의 증가에 따라 10 s, 10 gf 까지 급격한 증가폭을 보이다가 더 긴 시간 및 힘에서는 거의 동일한 수준의 tack성을 확인할 수 있었다. 하지만 debonding rate의 변화에 따른 tack성은 임계점 이후로도 지속적으로 증가하였으며, 이러한 현상을 규명하기 위해 새로운 조건에서의 시험을 통해 fibrillation 현상에 의한 증가임을 확인하였다.
후속연구
3) 결론적으로 본 연구를 통해 정확한 tack성 분석을 위해서는 probe와 프리프레그 표면이 접촉하는데 충분히 긴 시간과 힘을 필요로 하며 적절한 debonding rate를 설정하는 것이 선행되어야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
프리프레그란 무엇인가?
복합재료 제작에 사용되는 중간성형물인 프리프레그(prepreg)는 기지재가 부분 경화상태(B-stage)로 보강섬유에 함침(pre-impregnated)되어 있는 재료를 일컫는다. 프리프레그는 복합재료를 제조함에 있어서 설계자의 의도에 따라 쉽게 적층 설계를 할 수 있을 뿐만 아니라 작업의 용이성과 가공성을 향상시켜준다.
프리프레그는 복합재료를 제조함에 있어서 설계자의 의도에 따라 쉽게 적층 설계를 할 수 있을 뿐만 아니라 작업의 용이성과 가공성을 향상시켜준다. 프리프레그에 요구되는 주요 특성 중 하나는 tack성으로서, 성형 과정에서 프리프레그를 여러 장 적층할 때 적층된 층간에 미끄러지지 않으면서 잘 고정되어 적층작업을 원활하게 하는 역할을 한다. Tack성은 수지의 B-stage의 점성 거동에 따라 변화될 수 있는 것으로 표면의 끈끈함의 정도로서 알 수 있다.
참고문헌 (11)
R. Burns, Polyester molding compounds, Marcel Dekker, New York (1982).
S. M. Lee, Reference Book for Composites Technology, 1, p. 1, Technomic Publishing Company, Lancaster (1989).
T. Okumura and A. Yokoyama, Compos. Struct., 32, 417 (1995).
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