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탄소섬유/폴리아마이드 6,6 복합재료의 기계적 물성 향상
Improvement of Physical Properties for Carbon Fiber/PA 6,6 Composites 원문보기

Composites research = 복합재료, v.30 no.6, 2017년, pp.365 - 370  

송승아 (Department of Organic Materials and Fiber Engineering, Chonbuk National University) ,  온승윤 (Department of Organic Materials and Fiber Engineering, Chonbuk National University) ,  박고은 (Department of Organic Materials and Fiber Engineering, Chonbuk National University) ,  김성수 (Department of Mechanical Engineering, KAIST)

초록
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탄소섬유 강화 열가소성 수지 복합재료(Carbon fiber reinforced thermoplastic composites; CFRTPs)의 물성은 다양한 요인들에 영향을 받는다. 그 중에서도 탄소섬유 표면에 Sizing되어 있는 에폭시(Epoxy) 층은 열가소성 수지와 상호 작용(Interaction)이 없어 매우 취약한 계면을 형성하며, 열가소성 수지의 높은 용융 점도(Melting viscosity)는 탄소섬유 다발(Bundle) 사이로 함침(Impregnation)이 어려워 탄소섬유 강화 복합재료 내부에 기공(Void)를 형성한다. 이와 같이 탄소섬유와 열가소성 수지 간의 낮은 계면전단강도(Interfacial shear strength)은 탄소섬유강화 열가소성 복합재료(Carbon fiber reinforced thermoplastic composites; CFRTPs)의 기계적 물성을 저하시키는 가장 중요한 요인 중 하나이다. 따라서, 본 연구에서는 열가소성 수지와의 상호작용이 없는 탄소섬유 표면의 에폭시 층을 열풍을 통해 제거하고, 열가소성 수지의 점도를 낮춰 함침도를 향상시키기 위해서 용액형 열가소성 수지를 제조하여 탄소섬유 표면에 Sizing 처리 함으로써 CFRTPs의 물성을 향상시켰다. CFRTPs의 층간전단강도(Interlaminar shear strength; ILSS) 및 굽힘 강도(Flexural strength)를 통해 이를 검증하였으며, 수지의 함침도는 기공률(Void content)의 계산을 통해 분석하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Mechanical properties of carbon fiber reinforced thermoplastic composites (CFRTPs) are affected by various factors. One of the them are poor compatibility of the epoxy sizing layer on the carbon fiber surface with thermoplastic matrix, which causes the inferior interfacial strength between fibers an...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 섬유의 물성 감소를 가져올 수 있는 별도의 표면처리 과정없이 수지의 함침도를 향상시킴으로써 기계적 물성을 향상시키기 위해서 저점도 열가소성 수지의 Sizing 처리를 수행하였다. 우선, 열처리를 통해 탄소 섬유 표면의 Bisphenol A type의 에폭시 Sizing 층을 제거한 후 포름산을 이용하여 제조한 저점도 용액형 폴리아마이드 6,6(Polyamaide 6,6)를 탄소섬유 표면에 Sizing 처리하여 복합재료를 제조하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄소섬유강화 복합재료의 특징은? 탄소섬유강화 복합재료(CFRP)는 고강도(High strength), 고강성(High stiffness), 내마모성(Wear resistance) 및 낮은 밀도(Low density)로 인해 다양한 첨단기술 산업에 적용이 가능하며, 특히 고하중을 지지하는 구조체 또는 극한 환경에서의 구조체로서 각광받는 소재이다[1]. 열경화성수지 (Thermo-setting resin)를 이용한 탄소복합재료는 열가소성 수지(Thermoplastic resin) 복합재료 대비 높은 물성을 나타내지만, 탄소섬유의 재활용(Recycle)이 어렵고 수지의 경화 시간(Curing time)으로 인해 생산성이 떨어진다는 문제점이 있다[2].
열경화성수지 (Thermo-setting resin)를 이용한 탄소복합재료의 문제점은? 탄소섬유강화 복합재료(CFRP)는 고강도(High strength), 고강성(High stiffness), 내마모성(Wear resistance) 및 낮은 밀도(Low density)로 인해 다양한 첨단기술 산업에 적용이 가능하며, 특히 고하중을 지지하는 구조체 또는 극한 환경에서의 구조체로서 각광받는 소재이다[1]. 열경화성수지 (Thermo-setting resin)를 이용한 탄소복합재료는 열가소성 수지(Thermoplastic resin) 복합재료 대비 높은 물성을 나타내지만, 탄소섬유의 재활용(Recycle)이 어렵고 수지의 경화 시간(Curing time)으로 인해 생산성이 떨어진다는 문제점이 있다[2]. 따라서, 최근 열가소성 수지를 이용한 탄소복합재료에 관한 연구가 집중적으로 이루어지고 있다.
열가소성 수지의 문제점은? 열가소성 수지(Thermoplastic resin)를 이용한 탄소복합재료는 재활용이 가능하고 성형 시간이 매우 짧아 생산성이 좋다.그러나 수지의 높은 용융 점도(Melting viscosity) 및 탄소섬유와의 낮은 계면 결합력(Interfacial interaction)은 복합재료의 물성 저하를 가져오며, 복합재료의 위치에 따른 큰 물성 차이로 높은 신뢰성을 요구하는 구조를 제작하기 어렵기 때문에 적용 분야가 제한적이었다. 따라서 응용 분야의 확대를 위해서는 계면 강도 및 함침도 향상이 선결되어야 한다.
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참고문헌 (9)

  1. Wong, K.H., Mohamme, D.S., Pickering, S.J., and Brooks, R., 2012, "Effect of Coupling Agents on Reinforcing Potential of Recycled Carbon Fibre for Polypropylene Composite," Composites Science and Technology, Vol. 72, No. 7, pp. 835-844. 

  2. Gauthier, M.M., Engineered Materials Handbook, Asm International Handbook Committee, 1995. 

  3. Kim, S.T., "Development Trend of Thermoplastic Polymer Composite," Polymer Science and Technology, Vol. 24, 2013, pp. 25-29. 

  4. Song, S.A., Lee, C.K., Bang, Y.H., and Kim, S.S., "A Novel Coating Method Using Zinc Oxide Nanorods to Improve the Interfacial Shear Strength between Carbon Fiber and a Thermoplastic Matrix," Composites Science and Technology, Vol. 134, 2016, pp. 106-114. 

  5. Jordi, G., Jose, A.M., Sami, B., Fabiola, V., and Pere, M., "Effect of Silane Coupling Agents on the Propertiesof Pine Fibers/ Polypropylene Composites," Journal of Applied Polymer Science, Vol. 103, No. 6, 2007, pp. 3706-3717. 

  6. Pittman, C.U. Jr., Jiang, W., He, G.R., and Gardener, S.D., "Oxygen Plasma and Isobutylene Plasma Treatments of Carbon Fibers: Determination of Surface Functionality and Effects on Composite Properties," Carbon, Vol. 36, No. 1-2, 1998, pp. 25-37. 

  7. Jang, J.S., and Yang, H.J., "The Effect on Surface Treatment on the Performance Improvement of Carbon Fiber/polybenzoxazine Composites," Journal of Materials Science, Vol. 35, No. 9, 2000, pp. 2297-2303. 

  8. Liu, Y., Zhang, X., Song, C., Zhang, Y., Fang, Y., Yang, B., and Wang, X., "An Effective Surface Modification of Carbon Fiber for Improving the Interfacial Adhesion of Polypropylene Composites," Materials & Design, Vol. 88, 2015, pp. 810-819. 

  9. Zhang, Q., Liu, J., Sager, R., Dai, L., and Baur, J., "Hierarchical Composites of Carbon Nanotubes on Carbon Fiber: Influence of Growth Condition on Fiber Tensile Properties," Composites Science and Technology, Vol. 69, 2009, pp. 594-601. 

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