철산화물과 텅스텐으로 표면 처리된 보론카바이드를 포함하는 에폭시 조성물의 열적·기계적 물성 The Thermal and Mechanical Properties of Epoxy Composites Including Boron Carbide Surface Treated with Iron Oxide and Tungsten원문보기
보론카바이드는 하드니스가 다이아몬드나 보론 나이트라이드 보단 낮지만 30 GPa이상의 높은 경도를 갖고 있으며, 높은 경도로 인해 탱크 장갑, 탄피 제조에 사용되고 있다. 또한 중성자를 흡수하는 능력이 있어 중성자 흡수제로 많이 사용되고 있어, 핵 발전 관련 사업에 활용도가 증가하고 있다. 중성자는 전자와의 상호작용이 없으며, 물질을 통과하는 과정에서도 상호작용 없이 통과하는 것으로 알려져 있다. 보론 카바이드와 함께 중성자와 상호작용이 높은 원자는 수소이며, 보론을 포함하는 수소 농도가 높은 폴리에스터, 에폭시고분자 등이 원자력 발전 폐기물 보관을 위한 제품 제조를 위한 소재로 사용되고 있다. 본 논문에서는 보론 카바이드의 표면을 철산화물과 텅스텐으로 처리하여, 개질된 보론 카바이드와 에폭시 소재와의 상호작용을 향상시켰다. XRD, XPS를 이용하여 표면개질 되었음을 확인하였고, 처리된 보론카바이드의 함량에 따른 기계적 강도는 만능시험기(UTM)로 측정하였으며, 동역학 분석기(DMA)를 사용하여 경화물의 동적 특성을 관찰하였다.
보론카바이드는 하드니스가 다이아몬드나 보론 나이트라이드 보단 낮지만 30 GPa이상의 높은 경도를 갖고 있으며, 높은 경도로 인해 탱크 장갑, 탄피 제조에 사용되고 있다. 또한 중성자를 흡수하는 능력이 있어 중성자 흡수제로 많이 사용되고 있어, 핵 발전 관련 사업에 활용도가 증가하고 있다. 중성자는 전자와의 상호작용이 없으며, 물질을 통과하는 과정에서도 상호작용 없이 통과하는 것으로 알려져 있다. 보론 카바이드와 함께 중성자와 상호작용이 높은 원자는 수소이며, 보론을 포함하는 수소 농도가 높은 폴리에스터, 에폭시 고분자 등이 원자력 발전 폐기물 보관을 위한 제품 제조를 위한 소재로 사용되고 있다. 본 논문에서는 보론 카바이드의 표면을 철산화물과 텅스텐으로 처리하여, 개질된 보론 카바이드와 에폭시 소재와의 상호작용을 향상시켰다. XRD, XPS를 이용하여 표면개질 되었음을 확인하였고, 처리된 보론카바이드의 함량에 따른 기계적 강도는 만능시험기(UTM)로 측정하였으며, 동역학 분석기(DMA)를 사용하여 경화물의 동적 특성을 관찰하였다.
Boron carbide is lower in hardness than diamond or boron nitride but has a hardness of more than 30 GPa and is used for manufacturing tank armors and ammo shells due to its high hardness. It is also used as a neutron absorber due to its ability to absorb neutrons, which is increasing its use in nucl...
Boron carbide is lower in hardness than diamond or boron nitride but has a hardness of more than 30 GPa and is used for manufacturing tank armors and ammo shells due to its high hardness. It is also used as a neutron absorber due to its ability to absorb neutrons, which is increasing its use in nuclear power projects. Neutrons have no interaction with electrons and are known to pass through the material without interactions. Along with boron carbide, the atoms with high interaction with neutrons are hydrogen, and high hydrogen concentration polyesters and epoxy polymers including boron are used as materials for manufacturing products for nuclear power generation waste. In this paper, the surface of boron carbide is treated with iron oxide and tungsten to improve interaction between modified boron carbide and epoxy polymer. XRD and XPS were used to confirm that iron oxide and tungsten are well attached on the surface of boron carbide, respectively. The mechanical strength of the surface treated boron carbide was measured by a universal testing machine (UTM) and the dynamic characteristics of the cured product were observed by using a dynamic analyzer (DMA).
Boron carbide is lower in hardness than diamond or boron nitride but has a hardness of more than 30 GPa and is used for manufacturing tank armors and ammo shells due to its high hardness. It is also used as a neutron absorber due to its ability to absorb neutrons, which is increasing its use in nuclear power projects. Neutrons have no interaction with electrons and are known to pass through the material without interactions. Along with boron carbide, the atoms with high interaction with neutrons are hydrogen, and high hydrogen concentration polyesters and epoxy polymers including boron are used as materials for manufacturing products for nuclear power generation waste. In this paper, the surface of boron carbide is treated with iron oxide and tungsten to improve interaction between modified boron carbide and epoxy polymer. XRD and XPS were used to confirm that iron oxide and tungsten are well attached on the surface of boron carbide, respectively. The mechanical strength of the surface treated boron carbide was measured by a universal testing machine (UTM) and the dynamic characteristics of the cured product were observed by using a dynamic analyzer (DMA).
[9-11] 보론 카바이드를 에폭시 수지에 혼합하여 조성물을 제조할 경우 두 물질의 상호작용이 에폭시 조성물의 경화 후 물성에 많은 영향을 미친다. 이에 따라 본 논문에서는, 에폭시 수지와의 상호작용을 개선할 수 있도록 보론 카바이드의 표면처리에 관한 연구를 진행 하였다. 보론 카바이드의 표면은 철산화물과 텅스텐으로 각 각 처리하여, 에폭시 수지와의 상호작용이 향상되도록 개질된 보론 카바이드를 제조하였으며, 표면처리는 X-ray powder diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 이용하여 분석하였다.
제안 방법
표면개질된 보론 카바이드를 비스페놀 A 에폭시 수지와 아민 경화제로 사용되는 Jeffamine D-230이 혼합된 조성물에 첨가하여 변화된 열적⋅기계적 물성에 대해서 조사하였다. 기계적 물성 연구를 위하여 제조된 에폭시 조성물을 금형몰드에서 경화시켜 시험편을 만든 후 universal test machine (UTM, 만능재료시험기)을 이용하여 기계적 물성을 측정하였으며, dynamic mechanical Analysis (DMA) 등의 장비를 이용하여 동역학적 특성을 측정하였다.
보론 카바이드의 표면은 철산화물과 텅스텐으로 각 각 처리하여, 에폭시 수지와의 상호작용이 향상되도록 개질된 보론 카바이드를 제조하였으며, 표면처리는 X-ray powder diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 이용하여 분석하였다. 표면개질된 보론 카바이드를 비스페놀 A 에폭시 수지와 아민 경화제로 사용되는 Jeffamine D-230이 혼합된 조성물에 첨가하여 변화된 열적⋅기계적 물성에 대해서 조사하였다. 기계적 물성 연구를 위하여 제조된 에폭시 조성물을 금형몰드에서 경화시켜 시험편을 만든 후 universal test machine (UTM, 만능재료시험기)을 이용하여 기계적 물성을 측정하였으며, dynamic mechanical Analysis (DMA) 등의 장비를 이용하여 동역학적 특성을 측정하였다.
대상 데이터
에폭시 수지는 모멘티브사의 diglycidylether of bisphenol A (DGEBA, EPIKOTE 828)를 사용하였으며, 에폭시 당량이 187 g/eq이다. 경화제는 아민계 경화제인 Jeffamine D-230 (㈜ 국도화학)을 사용하였으며, 보론카바이드는 (주) 동원엔텍으로부터 제공받아 사용하였다. 보론카바이드 표면 개질에 사용한 전구체로는 Iron (Ⅲ) nitrate nonahydrate 와 Sodium tungstate dihydrate를 Sigma Aldrich 사로부터 구입하여 사용하였다 (Table 1).
경화제는 아민계 경화제인 Jeffamine D-230 (㈜ 국도화학)을 사용하였으며, 보론카바이드는 (주) 동원엔텍으로부터 제공받아 사용하였다. 보론카바이드 표면 개질에 사용한 전구체로는 Iron (Ⅲ) nitrate nonahydrate 와 Sodium tungstate dihydrate를 Sigma Aldrich 사로부터 구입하여 사용하였다 (Table 1).
에폭시 수지는 모멘티브사의 diglycidylether of bisphenol A (DGEBA, EPIKOTE 828)를 사용하였으며, 에폭시 당량이 187 g/eq이다. 경화제는 아민계 경화제인 Jeffamine D-230 (㈜ 국도화학)을 사용하였으며, 보론카바이드는 (주) 동원엔텍으로부터 제공받아 사용하였다.
데이터처리
인장강도는 ASTM D 638 규격에 따라 실험하였으며, 150 mm x 13 mm x 3 mm (길이 x 폭 x 두께)의 크기로 제조하여 실험하였다. 기계적 강도는 한 조건 당 10개의 시험편으로 시험을 하여 최대값, 최소값을 제외한 값들의 평균값을 사용하였다
성능/효과
본 연구에서는 두 종류의 철산화물 및 텅스텐으로 각각 처리된 B4C가 함유된 에폭시 조성물의 열적⋅기계적 물성에 대해서 조사하였다. 기존 B4C 대비 표면 처리한 F-B4C, W-B4C가 첨가된 조성물의 기계적 물성 및 열적 특성이 우수한 것으로 나타났으며, 그 중에서도 텅스텐으로 처리된 보론카바이드가 3 wt.% 함유된 조성물이 가장 우수한 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
보론카바이드의 특성과 사용하는 곳은?
보론카바이드는 하드니스가 다이아몬드나 보론 나이트라이드 보단 낮지만 30 GPa이상의 높은 경도를 갖고 있으며, 높은 경도로 인해 탱크 장갑, 탄피 제조에 사용되고 있다. 또한 중성자를 흡수하는 능력이 있어 중성자 흡수제로 많이 사용되고 있어, 핵 발전 관련 사업에 활용도가 증가하고 있다.
중성자의 특징은?
[1-4] 또한 중성자를 흡수하는 능력이 있어 중성자 흡수제로 많이 사용되고 있어 [5], 핵 발전 관련 사업 및 핵종을 담는 의약 용기에 활용도가 증가하고 있다. [6] 중성자는 전자와의 상호작용이 없으며, 물질을 통과하는 과정에서도 상호작용 없이 통과하는 것으로 알려져 있다. 사용 후 핵연료에서 발생되는 중성자는 고속중성자와 열중성자로 나뉠 수 있는 데, 고속중성자는 수소와 같은 가벼운 원소와 충돌하여 감속되어 에너지를 잃어버려 열중성자화 된다.
에폭시 수지와의 상호작용을 개선할 수 있도록 보론 카바이드의 표면처리를 연구 진행한 이유는?
보론 카바이드를 포함할 수 있는 수지 중에서, 에폭시 수지는 높은 기계적 물성과, 내화학성, 내수성, 내열성 때문에 다른 고분자 수지보다 더 많은 주목을 받고 있다. [9-11] 보론 카바이드를 에폭시 수지에 혼합하여 조성물을 제조할 경우 두 물질의 상호작용이 에폭시 조성물의 경화 후 물성에 많은 영향을 미친다. 이에 따라 본 논문에서는, 에폭시 수지와의 상호작용을 개선할 수 있도록 보론 카바이드의 표면처리에 관한 연구를 진행 하였다.
참고문헌 (11)
S. Karabulut, H. Karakoc, R. Citak, composites. Compos B Eng, 101, 87-98, (2016).
AI-Helper
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