사이징제에 따른 유리섬유/폴리디사이클로펜타디엔 복합재료의 계면물성 및 기계적 물성 평가 Evaluation of Interfacial and Mechanical Properties of GF/p-DCPD Composites with Different Sizing Agents원문보기
순수한 유리섬유와 두 가지 사이징제가 코팅된 유리섬유/폴리디사이클로펜타디엔(p-DCPD) 복합재료의 계면물성 및 상온($25^{\circ}C$)과 저온($-20^{\circ}C$)에서의 기계적 물성을 평가하였다. 섬유의 사이징제를 용출하기 위하여 아세톤을 이용하였고, 용액을 건조 후 각각의 용출물에 대하여 적외선 분광 분석을 통해 비교하였다. 동적접촉각 측정을 통하여 섬유와 p-DCPD의 표면에너지를 분석하였고 이를 통하여 접착일을 계산하였다. 서로 다른 유리섬유의 기계적 물성을 알아보기 위하여 단섬유 인장실험을 진행하였고, 단섬유와 p-DCPD의 계면적 물성을 알아보기 위하여 반복인장하중실험을 진행하였다. 상온 및 저온에서의 기계적 물성을 알아보기 위하여 인장, 굴곡, 아이조드 충격실험을 진행하였다. 실험결과 표면의 인자에 따라 계면 및 기계적 물성이 달라지는 것을 볼 수 있었다.
순수한 유리섬유와 두 가지 사이징제가 코팅된 유리섬유/폴리디사이클로펜타디엔(p-DCPD) 복합재료의 계면물성 및 상온($25^{\circ}C$)과 저온($-20^{\circ}C$)에서의 기계적 물성을 평가하였다. 섬유의 사이징제를 용출하기 위하여 아세톤을 이용하였고, 용액을 건조 후 각각의 용출물에 대하여 적외선 분광 분석을 통해 비교하였다. 동적접촉각 측정을 통하여 섬유와 p-DCPD의 표면에너지를 분석하였고 이를 통하여 접착일을 계산하였다. 서로 다른 유리섬유의 기계적 물성을 알아보기 위하여 단섬유 인장실험을 진행하였고, 단섬유와 p-DCPD의 계면적 물성을 알아보기 위하여 반복인장하중실험을 진행하였다. 상온 및 저온에서의 기계적 물성을 알아보기 위하여 인장, 굴곡, 아이조드 충격실험을 진행하였다. 실험결과 표면의 인자에 따라 계면 및 기계적 물성이 달라지는 것을 볼 수 있었다.
Interfacial and mechanical properties of neat and two sizing agents coated glass fiber (GF)/polydicyclopentadiene (p-DCPD) composites were evaluated at room and low temperatures, $25^{\circ}C$ and $-20^{\circ}C$. Sizing agents of GFs were extracted using acetone and compared vi...
Interfacial and mechanical properties of neat and two sizing agents coated glass fiber (GF)/polydicyclopentadiene (p-DCPD) composites were evaluated at room and low temperatures, $25^{\circ}C$ and $-20^{\circ}C$. Sizing agents of GFs were extracted using acetone and compared via FT-IR. Surface energy and work of adhesion between GFs and p-DCPD were calculated by dynamic contact angle measurement. Mechanical properties of different GFs were determined using single fiber tensile test and interfacial properties of single GF reinforced DCPD strip were determined using cyclic loading tensile test. Mechanical properties of GFs/p-DCPD composites at room and low temperatures were determined using tensile, compressive, and Izod impact tests. Interfacial and mechanical properties were different with sizing agents of GFs and the optimized condition of sizing agent was found.
Interfacial and mechanical properties of neat and two sizing agents coated glass fiber (GF)/polydicyclopentadiene (p-DCPD) composites were evaluated at room and low temperatures, $25^{\circ}C$ and $-20^{\circ}C$. Sizing agents of GFs were extracted using acetone and compared via FT-IR. Surface energy and work of adhesion between GFs and p-DCPD were calculated by dynamic contact angle measurement. Mechanical properties of different GFs were determined using single fiber tensile test and interfacial properties of single GF reinforced DCPD strip were determined using cyclic loading tensile test. Mechanical properties of GFs/p-DCPD composites at room and low temperatures were determined using tensile, compressive, and Izod impact tests. Interfacial and mechanical properties were different with sizing agents of GFs and the optimized condition of sizing agent was found.
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문제 정의
본 연구에서는 사이징제가 다른 세 가지 섬유와 p-DCPD간의 계면물성 및 기계적 물성에 대하여 알아보았고, 어떠한 표면인자에 의해 유리섬유와 p-DCPD 간 계면강도가 결정되는지 알아보았다. 섬유의 기계적 강도를 알아보기 위하여 단섬유 인장실험을 진행하였고, 사이징제 및 표면을 분석하기 위하여 적외선 분광 분석을 진행하였다.
제안 방법
섬유의 기계적 강도를 알아보기 위하여 단섬유 인장실험을 진행하였고, 사이징제 및 표면을 분석하기 위하여 적외선 분광 분석을 진행하였다. 계면강도를 알아보기 위하여 유리섬유/p-DCPD 복합재료에 반복 인장하중실험을 진행하였고, 표면에너지를 통한 접착일을 비교하였다. 온도에 따른 유리섬유/p-DCPD의 기계적 강도를 알아보기 위하여 인장, 굴곡, 아이조드 충격실험을 진행하였다.
다양한 실험을 통하여 세 가지 유리섬유/p-DCPD 복합재료의 기계적강도 및 계면강도를 평가하였다. 유리섬유의 기계적 강도를 알아보기 위해 단섬유인장실험을 진행하였고, 표면의 화학적 특성을 알아보기 위해 아세톤용해법을 이용하여 얻은 추출물을 적외선 분광 분석을 진행하였다.
유리섬유의 기계적 물성은 단섬유 인장실험을 통하여 분석하였다. 단일 유리섬유를 에폭시접착제를 사용하여 종이 프레임에 20 mm의 길이로 고정하였고, 광학현미경(YS2-H, 니콘, 일본)을 통하여 유리섬유의 직경을 관찰하였다. 만능재료시험기(H1K-S, 로이드, 영국)를 이용하여 각 섬유 당 40개의 시편을 0.
단일 유리섬유를 에폭시접착제를 사용하여 종이 프레임에 20 mm의 길이로 고정하였고, 광학현미경(YS2-H, 니콘, 일본)을 통하여 유리섬유의 직경을 관찰하였다. 만능재료시험기(H1K-S, 로이드, 영국)를 이용하여 각 섬유 당 40개의 시편을 0.5 mm/분의 속도로 인장실험을 진행하였다. 섬유의 파단은 다음의 웨이블 식 (Weibull equation)을 이용한 통계를 기반으로 분석을 진행하였다[18].
유리섬유의 중앙부에 길이 20 mm, 두께 1 mm로 p-DCPD을 함침시켰고, 건조오븐을 이용하여 80℃에서 5분, 120℃에서 2시간 경화를 진행하였다. 만능재료시험기를 이용하여 길이 0.2 mm, 속도 0.5 mm/분 조건으로 시편에 100회의 하중을 가하였다.
계면평가를 위하여 반복하중실험 결과를 보았을 때, CR-212 유리섬유를 사용한 복합재료의 경우 계면강도가 가장 좋은 것을 볼 수 있었다. 섬유 및 온도의 차이에 따른 기계적 강도를 알아보기 위하여, 상온(25℃)과 저온(-20℃) 조건에서 인장, 굴곡, 아이조드 충격 실험을 진행하였다. CR-212 유리섬유를 사용하였을 때 기계적 강도가 증가되는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 사이징제가 다른 세 가지 섬유와 p-DCPD간의 계면물성 및 기계적 물성에 대하여 알아보았고, 어떠한 표면인자에 의해 유리섬유와 p-DCPD 간 계면강도가 결정되는지 알아보았다. 섬유의 기계적 강도를 알아보기 위하여 단섬유 인장실험을 진행하였고, 사이징제 및 표면을 분석하기 위하여 적외선 분광 분석을 진행하였다. 계면강도를 알아보기 위하여 유리섬유/p-DCPD 복합재료에 반복 인장하중실험을 진행하였고, 표면에너지를 통한 접착일을 비교하였다.
인장 및 굴곡실험을 진행하였고, 아이조드 충격시험 또한 동일한 조건으로 5개의 시편을 이용하여 실험을 진행하였다. 실험 후 시편의 파단면을 전계방사 주사전자현미경(XL30S FEG, 필립스, 네덜란드)을 이용하여 관찰하였다.
계면강도를 알아보기 위하여 유리섬유/p-DCPD 복합재료에 반복 인장하중실험을 진행하였고, 표면에너지를 통한 접착일을 비교하였다. 온도에 따른 유리섬유/p-DCPD의 기계적 강도를 알아보기 위하여 인장, 굴곡, 아이조드 충격실험을 진행하였다. 이 실험을 통하여 어떤 특정 관능기에 의하여 계면 강도가 달라짐을 알 수 있었다.
유리섬유와 p-DCPD 간의 계면물성을 분석하기 위하여 반복하중실험과 동적접촉각을 통한 접착일 분석을 진행하였다. Fig.
유리섬유와 p-DCPD 간의 접착일을 각 시편의 접촉각을 4가지 용매(증류수, 포름아마이드, 에틸렌글리콜, 디아이오도메탄)를 이용한 동적접촉각을 이용하여 분석을 진행하였다. 접촉각은 다음의 영 식 (Young’s equation)을 이용하여 계산하였다.
다양한 실험을 통하여 세 가지 유리섬유/p-DCPD 복합재료의 기계적강도 및 계면강도를 평가하였다. 유리섬유의 기계적 강도를 알아보기 위해 단섬유인장실험을 진행하였고, 표면의 화학적 특성을 알아보기 위해 아세톤용해법을 이용하여 얻은 추출물을 적외선 분광 분석을 진행하였다. 각기 다른 유리섬유는 인장강도가 유사한 것을 알 수 있었다.
유리섬유의 기계적 물성은 단섬유 인장실험을 통하여 분석하였다. 단일 유리섬유를 에폭시접착제를 사용하여 종이 프레임에 20 mm의 길이로 고정하였고, 광학현미경(YS2-H, 니콘, 일본)을 통하여 유리섬유의 직경을 관찰하였다.
단일 유리섬유를 에폭시접착제를 사용하여 종이 프레임에 40 mm의 길이로 고정하였다. 유리섬유의 중앙부에 길이 20 mm, 두께 1 mm로 p-DCPD을 함침시켰고, 건조오븐을 이용하여 80℃에서 5분, 120℃에서 2시간 경화를 진행하였다. 만능재료시험기를 이용하여 길이 0.
유리섬유를 건져낸 후, 유리섬유와 추출액을 80℃에서 24시간 동안 건조오븐(FO-600M, 제이오텍, 한국)을 이용하여 건조시켰다. 이후 추출물을 적외선 분광 분석기(iS5, 써모피셔사이언티픽 LLC, 미국)을 통하여 분석을 진행하였다[19].
저온에서 물성이 강한 유리섬유/p-DCPD 복합재료의 특성을 알아보기 위하여 25, -20℃ 두가지 조건에서 인장, 굴곡, 아이조드 충격실험을 ASTM D 7205, D 7264, D256 조건으로 진행하였다. 2.
대상 데이터
저온에서 물성이 강한 유리섬유/p-DCPD 복합재료의 특성을 알아보기 위하여 25, -20℃ 두가지 조건에서 인장, 굴곡, 아이조드 충격실험을 ASTM D 7205, D 7264, D256 조건으로 진행하였다. 2.5 cm의 길이의 유리섬유를 이용하였고, 핫프레스(QM900M, 큐머시스, 한국)를 이용하여 10 psi, 80℃조건에서 3분 동안 경화하였다. 만능재료시험기를 이용하여 각 조건 당 모서리 및 중앙 총 5구간에서 무작위한 방향으로 5개의 시편을 발췌하였습니다.
본 논문에서는 사이징제의 차이에 따른 복합재료의 계면특성을 비교하기 위하여 각기 사이징제가 다른 유리섬유 SE-1500(오웬스코닝, 미국), CR-212(KCC, 한국)와 아세톤용해법을 통하여 사이징제를 제거한 SE-1500 유리섬유를 사용하였다. 기지재로는 루테늄계 촉매를 이용한 p-DCPD(Rimtec, 일본)을 사용하였다.
본 논문에서는 사이징제의 차이에 따른 복합재료의 계면특성을 비교하기 위하여 각기 사이징제가 다른 유리섬유 SE-1500(오웬스코닝, 미국), CR-212(KCC, 한국)와 아세톤용해법을 통하여 사이징제를 제거한 SE-1500 유리섬유를 사용하였다. 기지재로는 루테늄계 촉매를 이용한 p-DCPD(Rimtec, 일본)을 사용하였다.
만능재료시험기를 이용하여 각 조건 당 모서리 및 중앙 총 5구간에서 무작위한 방향으로 5개의 시편을 발췌하였습니다. 인장 및 굴곡실험을 진행하였고, 아이조드 충격시험 또한 동일한 조건으로 5개의 시편을 이용하여 실험을 진행하였다. 실험 후 시편의 파단면을 전계방사 주사전자현미경(XL30S FEG, 필립스, 네덜란드)을 이용하여 관찰하였다.
이론/모형
5 mm/분의 속도로 인장실험을 진행하였다. 섬유의 파단은 다음의 웨이블 식 (Weibull equation)을 이용한 통계를 기반으로 분석을 진행하였다[18].
은 각각 고체, 고체와 액체 간, 액체의 표면에너지이다. 이 식을 이용하여 구한 인자와 오웬스-웬트 식 (Owens-Wendt equation)을 통해 유리섬유와 p-DCPD간의 접착일을 계산하였다.
성능/효과
반복적인 하중이 가해짐에 따라 유리섬유와 p-DCPD 간의 계면에서 손상이 발생하게 되고, 이에 의하여 인장강도의 감소율이 달라지게 되어 나타난 결과이다. CR-212 섬유를 사용한 복합재료의 경우 인장강도의 감소율이 가장 적은 것을 볼 수 있었고, 계면강도가 다른 섬유보다 가장 뛰어난 것을 볼 수 있었다. 반면, 사이징제를 제거한 유리섬유의 경우 계면강도가 가장 떨어지는 것을 볼 수 있었다.
섬유 및 온도의 차이에 따른 기계적 강도를 알아보기 위하여, 상온(25℃)과 저온(-20℃) 조건에서 인장, 굴곡, 아이조드 충격 실험을 진행하였다. CR-212 유리섬유를 사용하였을 때 기계적 강도가 증가되는 것을 알 수 있었다. 또한 저온에서의 기계적 강도가 증가되는 것을 알 수 있었다.
각 섬유의 표면에너지 γp 값을 보았을 때 CR-212 섬유가 다른 섬유보다 작은 것을 볼 수 있고, Wa (접착일)은 가장 큰 것을 볼 수 있다.
이 결과를 통하여 CR-212 유리섬유의 경우 계면강도가 가장 좋다는 것을 예상할 수 있었다. 계면평가를 위하여 반복하중실험 결과를 보았을 때, CR-212 유리섬유를 사용한 복합재료의 경우 계면강도가 가장 좋은 것을 볼 수 있었다. 섬유 및 온도의 차이에 따른 기계적 강도를 알아보기 위하여, 상온(25℃)과 저온(-20℃) 조건에서 인장, 굴곡, 아이조드 충격 실험을 진행하였다.
CR-212와 SE-1500의 경우 섬유의 직경이 다르지만 유리섬유의 인장강도가 유사한 것을 볼 수 있다. 그리고 사이징제를 아세톤 희석법을 통하여 제거한 SE-1500 유리섬유의 경우 섬유의 직경이 감소되었고, 섬유의 인장강도 또한 감소되는 것을 볼 수 있었다. 사이징을 제거하는 도중에 섬유에 손상이 가해지는 것을 알 수 있었다.
CR-212 유리섬유를 사용하였을 때 기계적 강도가 증가되는 것을 알 수 있었다. 또한 저온에서의 기계적 강도가 증가되는 것을 알 수 있었다. 이는 저온에서 p-DCPD의 탄소-탄소 단일결합의 강직성이 증가했기 때문이다.
이 결과를 통하여 사이징을 제거한 섬유와 사이징제에서 하이드록시기의 차이가 있는 것을 예측 할 수 있다. 사이징제를 제거한 섬유의 표면에 하이드록시기가 가장 많이 존재하는 것을 볼 수 있었다. 반면 CR-212의 사이징제의 경우 가장 적은 양의 하이드록시기가 존재한다는 것을 볼 수 있었다.
하지만 표면에 하이드록시기의 차이가 있는 것을 볼 수 있었고 이는 극성에 의한 표면인자 및 접착일에 영향을 주었다. 이 결과를 통하여 CR-212 유리섬유의 경우 계면강도가 가장 좋다는 것을 예상할 수 있었다. 계면평가를 위하여 반복하중실험 결과를 보았을 때, CR-212 유리섬유를 사용한 복합재료의 경우 계면강도가 가장 좋은 것을 볼 수 있었다.
온도에 따른 유리섬유/p-DCPD의 기계적 강도를 알아보기 위하여 인장, 굴곡, 아이조드 충격실험을 진행하였다. 이 실험을 통하여 어떤 특정 관능기에 의하여 계면 강도가 달라짐을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
p-DCPD 수지의 특징과 사용처는?
p-DCPD 수지는 내피로성과 내한성이 우수한 열경화성 소재로[1] 주로 스노우바이크, 제설차, 포크레인, 대형트럭 등의 외장재로 사용되고 있다. p-DCPD는 노보넨 구조를 가지는 p-DCPD의 형상을 가지며, 이중결합 부분에 강한 촉매 반응을 통해 개환반응이 발생되어 경화가 이루어진다[2].
강화재와 기지재 간의 계면접착력에 영향을 미치는 방법에는 어떤 것이 있는가?
강화재의 표면처리는 일반적으로 습식 화학적 처리, 건식 처리 및 다중 스케일 처리로 분류할 수 있다[10]. 습식방법으로는 섬유 표면에 사이징제 적용[11], 산을 이용한 화학적 변형[12] 및 전기화학적 변형[13] 등이 있으며, 건식방법으로는 플라즈마 처리[14],고 에너지 방사선 처리[15] 등을 주로 사용한다. 이러한 방식들은 강화재와 기지재 간의 계면접착력에 상당한 영향을 미칠 수 있다는 사실이 많은 연구를 통하여 입증되어있다[16,17].
섬유의 사이징제 용출을 위해 사용한 것은?
순수한 유리섬유와 두 가지 사이징제가 코팅된 유리섬유/폴리디사이클로펜타디엔(p-DCPD) 복합재료의 계면물성 및 상온($25^{\circ}C$)과 저온($-20^{\circ}C$)에서의 기계적 물성을 평가하였다. 섬유의 사이징제를 용출하기 위하여 아세톤을 이용하였고, 용액을 건조 후 각각의 용출물에 대하여 적외선 분광 분석을 통해 비교하였다. 동적접촉각 측정을 통하여 섬유와 p-DCPD의 표면에너지를 분석하였고 이를 통하여 접착일을 계산하였다.
참고문헌 (20)
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