권동준
(Department of Materials Engineering and Convergence Technology, Research Institute for Green Energy Convergence Technology, Gyeongsang National University)
,
신평수
(Department of Materials Engineering and Convergence Technology, Research Institute for Green Energy Convergence Technology, Center for Creative Human Resource & Convergence Materials, Gyeongsang National University)
,
김종현
(Department of Materials Engineering and Convergence Technology, Research Institute for Green Energy Convergence Technology, Center for Creative Human Resource & Convergence Materials, Gyeongsang National University)
,
하중찬
(Composite R&D Center, Dong-Sung TCS)
,
박종만
(Department of Materials Engineering and Convergence Technology, Research Institute for Green Energy Convergence Technology, Center for Creative Human Resource & Convergence Materials, Gyeongsang National University)
p-DCPD 수지는 내부 모노머와 촉매의 조절을 통해 다양한 기계적 특성 변화가 가능한 수지이다. 본 연구에서는 몰리브덴(Mo) 촉매를 사용한 p-DCPD 기지에 여러 가지로 표면처리된 MGF(milled glass fiber)를 강화제로 제조된 MGF/p-DCPD의 기계적 물성 변화를 조사하였다. 최적의 표면처리 농도를 확인하였으며, 표면처리 농도가 증가할수록 MGF의 응집은 커졌다. 0.2 wt% 사일렌 농도를 사용할 경우 MGF의 응집을 최소로 하고 최대의 MGF/p-DCPD 복합재료 강도를 나타내었다. 또한, MGF간 입체장애 효과로 응집을 최소화하는 최적 길이인 부틸 알킬체인 사일렌을 사용했을 경우, 큰 인장 및 굽힘강도를 나타내었다. 4가지 화학적 작용기의 차이에 따른 MGF/p-DCPD의 기계적 물성 및 그 파단면을 비교하였다. 노보넨기의 경우, 기지인 DCPD 수지와 화학적 구조가 유사하여, DCPD 수지와 MGF 강화제 간의 계면 물성을 증대시켰다.
p-DCPD 수지는 내부 모노머와 촉매의 조절을 통해 다양한 기계적 특성 변화가 가능한 수지이다. 본 연구에서는 몰리브덴(Mo) 촉매를 사용한 p-DCPD 기지에 여러 가지로 표면처리된 MGF(milled glass fiber)를 강화제로 제조된 MGF/p-DCPD의 기계적 물성 변화를 조사하였다. 최적의 표면처리 농도를 확인하였으며, 표면처리 농도가 증가할수록 MGF의 응집은 커졌다. 0.2 wt% 사일렌 농도를 사용할 경우 MGF의 응집을 최소로 하고 최대의 MGF/p-DCPD 복합재료 강도를 나타내었다. 또한, MGF간 입체장애 효과로 응집을 최소화하는 최적 길이인 부틸 알킬체인 사일렌을 사용했을 경우, 큰 인장 및 굽힘강도를 나타내었다. 4가지 화학적 작용기의 차이에 따른 MGF/p-DCPD의 기계적 물성 및 그 파단면을 비교하였다. 노보넨기의 경우, 기지인 DCPD 수지와 화학적 구조가 유사하여, DCPD 수지와 MGF 강화제 간의 계면 물성을 증대시켰다.
p-DCPD (poly dicyclopentadiene) is the resin that the versatile mechanical properties can be changeable via the control of inner monomer and catalysts. In this work, to improve the strength of composites, surface treated MGF (milled glass fiber) was used as an reinforcement in p-DCPD by molybdenum (...
p-DCPD (poly dicyclopentadiene) is the resin that the versatile mechanical properties can be changeable via the control of inner monomer and catalysts. In this work, to improve the strength of composites, surface treated MGF (milled glass fiber) was used as an reinforcement in p-DCPD by molybdenum (Mo) catalyst matrix. The optimum concentration of surface treatment was obtained and the cohesion of MGF themselves increased with concentration. In case of 0.2 wt% silane concentration, the maximized mechanical properties of MGF/p-DCPD composite exhibited because of minimized MGF cohesion. When butyl silane showing minimizing cohesion was used as the optimized alkyl length, high tensile and flexure strength exhibited due to the steric hindrance effect among MGFs. Mechanical and their fractured surfaces of MGF/p-DCPD composites was compared for 4 different chemical functional groups. Norbornene functional groups containing similar chemical structure to DCPD matrix exhibited higher interfacial adhesion between MGFs and DCPD matrix.
p-DCPD (poly dicyclopentadiene) is the resin that the versatile mechanical properties can be changeable via the control of inner monomer and catalysts. In this work, to improve the strength of composites, surface treated MGF (milled glass fiber) was used as an reinforcement in p-DCPD by molybdenum (Mo) catalyst matrix. The optimum concentration of surface treatment was obtained and the cohesion of MGF themselves increased with concentration. In case of 0.2 wt% silane concentration, the maximized mechanical properties of MGF/p-DCPD composite exhibited because of minimized MGF cohesion. When butyl silane showing minimizing cohesion was used as the optimized alkyl length, high tensile and flexure strength exhibited due to the steric hindrance effect among MGFs. Mechanical and their fractured surfaces of MGF/p-DCPD composites was compared for 4 different chemical functional groups. Norbornene functional groups containing similar chemical structure to DCPD matrix exhibited higher interfacial adhesion between MGFs and DCPD matrix.
궁극적으로 화학적 표면처리액의 종류를 다르게 하여 MGF를 제조하고 화학적 작용기에 의한 MGF/p-DCPD의 기계적 특성 변화를 분석하였다. 궁극적으로 최적의 MGF 표면처리 조성을 확인하고 p-DCPD 복합재료의 강도 개선에 대한 연구를 실시하였다.
제안 방법
본 연구에서는 p-DCPD에 MGF를 혼합시킨 복합재료에 대한 연구를 실행하였고, 표면처리된 MGF의 종류에 따른 p-DCPD 복합재료에 대한 기계적 특성 변화를 관찰하였다. MGF는 파우더의 형태로 존재하기 때문에 고농도 사일렌 표면처리 기법을 이용했으며, 표면처리액의 농도에 따른 복합재료의 기계적 강도 변화와 시편 성형성을 분석하였다. 궁극적으로 화학적 표면처리액의 종류를 다르게 하여 MGF를 제조하고 화학적 작용기에 의한 MGF/p-DCPD의 기계적 특성 변화를 분석하였다.
MGF는 파우더의 형태로 존재하기 때문에 고농도 사일렌 표면처리 기법을 이용했으며, 표면처리액의 농도에 따른 복합재료의 기계적 강도 변화와 시편 성형성을 분석하였다. 궁극적으로 화학적 표면처리액의 종류를 다르게 하여 MGF를 제조하고 화학적 작용기에 의한 MGF/p-DCPD의 기계적 특성 변화를 분석하였다. 궁극적으로 최적의 MGF 표면처리 조성을 확인하고 p-DCPD 복합재료의 강도 개선에 대한 연구를 실시하였다.
대상 데이터
MGF(300-GF, 아사히글라스, 일본)를 사용하여 표면처리를 시도하였다. MGF는 300 µm의 길이를 가지며, 직경이 16 µm인 유리섬유 강화제이다.
사일렌의 화학적 작용기의 영향으로 p-DCPD에 미치는 영향을 분석하기 위해 4종류의 사일렌을 사용했다. 트리에 톡시 부틸 사일렌(TBS), 트리에톡시 노보넨 사일렌(TNS), 트리에톡시 사이클로헥시닐 사일렌(TCS)과 트리에톡시 펄플루오로데실 사일렌(TFS)을 사용하였다.
데이터처리
성형된 MGF/p-DCPD은 ASTM D638과 D790 조건에 맞춰 시편을 제작하고 각각 5개의 시편을 제작해서 UTM을 이용한 기계적 평가를 실시하였다. 인장실험을 통해 생성된 시편의 파단면을 FE-SEM를 통해 확인하여 MGF와 p-DCPD간의 계면 친화도를 분석하였다.
이론/모형
성형 온도는 80도이며, 가압조건은 15 psi, 성형시간은 300초로 설정하였다. 성형된 MGF/p-DCPD은 ASTM D638과 D790 조건에 맞춰 시편을 제작하고 각각 5개의 시편을 제작해서 UTM을 이용한 기계적 평가를 실시하였다. 인장실험을 통해 생성된 시편의 파단면을 FE-SEM를 통해 확인하여 MGF와 p-DCPD간의 계면 친화도를 분석하였다.
성능/효과
최적의 표면처리 조성은 p-DCPD와 유사한 화학적 조성을 나타내는 노보넨 타입이었다. p-DCPD 수지 내에 노보넨을 보유하고 있는 디싸이클로펜타디엔와 ENB를 가지기 때문에 TNS 표면처리 조건에서 기지와 섬유간의 계면이 강화 되어 복합재료의 강도가 향상되는 결과를 확인하였다.
MGF 표면처리 농도에 따른 변수가 복합재료의 강도에 미치는 영향을 확인하였다. 최적의 표면처리 농도 조성은 복합재료의 강도 결과를 통해 100:0.2 비율임을 확인하였다. 표면처리의 작용기의 길이가 복합재료 강도에 미치는 영향을 비교하였다.
표면처리액의 화학적 조성에 따른 MGF/p-DCPD 복합재료의 강도 변화를 관찰하였다. 최적의 표면처리 조성은 p-DCPD와 유사한 화학적 조성을 나타내는 노보넨 타입이었다. p-DCPD 수지 내에 노보넨을 보유하고 있는 디싸이클로펜타디엔와 ENB를 가지기 때문에 TNS 표면처리 조건에서 기지와 섬유간의 계면이 강화 되어 복합재료의 강도가 향상되는 결과를 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
p-DCPD에 첨가하는 모노머에는 어떤 것이 있는가?
p-DCPD는 촉매를 이용한 수지 경화를 시도하는 수지이며[1], DCPD 수지 내에 다른 모노머를 혼합시킬 경우 pDCPD의 전체 특성을 선택적으로 조절이 가능하다[2]. 일반적으로 디사이클로펜타디엔과 유사한 구조를 가지는 모노머를 이용하는 것이 가장 효과적이며[3], 액상고무를 혼합하거나 스틸렌이나 부타디엔 종류의 모노머를 이용하는 것이 일반적이다[4]. 또한 노보넨과 같은 구조를 가지는 모노머를 이용하는 것이 수지의 특성을 변화시킬 수 있다[5]. p-DCPD는 일반적으로 40도 이후가 녹는점이기 때문에 상온에서는 겔 상태와 같이 유지하며, 적절한 온도조절에 따른 수지 흐름성이 존재하게 된다.
갈린 유리섬유의 특징은?
갈린 유리섬유(MGF: Milled glass fiber)는 주로 고분자 수지 내에 점도나 기계적 물성, 탄성모듈러스를 높이기 위해 강화재로 사용된다. 섬유의 길이가 300 µm 수준이기 때문에 형상비는 낮지만, 가격이 저렴하고 고분자 수지에 혼합이 잘되기 때문에 사용을 많이 한다. 특히 반응사출성형과 같이 수지의 흐름성이 중요한 성형공정에 사용되는 고분자 수지와 같이 이용한다.
p-DCPD의 단점은?
또한 노보넨과 같은 구조를 가지는 모노머를 이용하는 것이 수지의 특성을 변화시킬 수 있다[5]. p-DCPD는 일반적으로 40도 이후가 녹는점이기 때문에 상온에서는 겔 상태와 같이 유지하며, 적절한 온도조절에 따른 수지 흐름성이 존재하게 된다. 이러한 수지의 단점을 개선시키기 위해서 화학적 모노머가 필요하다[6].
참고문헌 (12)
Abadie, M.J., Dimonie, M., Couve, C., and Dragutan, V., "New Catalysts for Linear Polydicyclopentadiene Synthesis," European Polymer Journal, Vol. 36, 2000, pp. 1213-1219.
Lyapkow, A.A., Gvozdkov, E.L., Tarakanovskat, A.N., Tarnovskaya, O.D., and Yakovleva, Y.S., "Oxidation and Structuring of Polydicyclopentadiene Thin Layers," XV International Scientific Conference, 2014, pp. 223-228.
Jeong, W., and Kessler, M.R., "Toughness Enhancement in ROMP Functionalized Carbon Nanotube/ Polydicyclopentadiene Composites," Chemical Materials, Vol. 20, 2008, pp. 7060-7068.
Dacidson, T.A., and Wagener, K.B., "The Polymerization of Dicyclopentadiene: An Investigation of Mechanism," Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, Vol. 133, 1998, pp. 67-74.
Hine, P.J., Leejarkpai, T., Khosravi, E., Duckett, R.A., and Feast, W.J., "Structure Property Relationships in Linear and Cross-Linked Poly(imidonorbornenes) Prepared Using Ring Opening Metathesis Polymerisation (ROMP)," Polymer, Vol. 42, 2001, pp. 9413-9422.
Pan, B., Zhao, J., Zhang, Y., and Zhang, Y., "Dry Sliding Behaviors of Polydicyclopentadiene under Elevated Sliding Velocity," IERI Procedia, 2012, pp. 19-24.
Guadagno, L., Longo, P., Raimondo, M., Naddeo, C., Mariconda, A., Vittoria, V., Iannuzzo, G., and Russo, S., "Use of Hoveyda-Grubbs' Second Generation Catalyst in Self-Healing Epoxy Mixtures," Composites Parts: B, Vol. 42, 2011, pp. 296-301.
Vallons, K.A.M., Drozdzak, R., Charret, M., and Lomov, S.V., "Exploratory Study on the Behaviour of Glass/p-DCPD Composites", 20th International Conference on Composite Materials, Copenhagen, 2015.
Xia, S., Jong, K.L., and Michael, R.K., "Poly-Dicyclopentadiene-Wollastonite Composites Toward Structural Applications," Journal of Composites Materials, Vol. 48, 2013, pp. 2023-2031.
Yang, D., Huang, W., Yu, J., Jiang, J., Zhang, L., and Xie, M., Wang, Z.J., Kong, J., Lee, W.I., Park, J.G., and Park, J.M., "A Novel Shape Memory Polynorbornene Functionalized with Poly(3-caprolactone) Side Chain and Cyano Group Through Ring-Opening Metathesis Polymerization," Polymer, Vol. 51, 2010, pp. 5100-5106.
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