[논문]탄성형 에폭시의 흡습 열화에 따른 기계적 특성

이관우; 장용무; 한기만; 신은미; 손호성; 임기조; 최용성; 박대희

탄성형 에폭시의 흡습 열화에 따른 기계적 특성
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이관우 (원광대) , 장용무 (원광대) , 한기만 (LG전선연구소) , 신은미 (LG전선연구소) , 손호성 (충북대) , 임기조 (원광대) , 최용성 (원광대) , 박대희

In this paper, mechanical property of electric epoxy with water aging was discussed. We studied mechanical property of elastic resin after absorption in water from 0 to 484 hour. As a result, diffusion factor of elastic epoxy showed $20-21{\times}10^{-4}mm^2/s$ and general epoxy showed $9.5{\times}10^{-4}mm^2/s$. Elastic property increased linearly according to amount of addictives and decreased elastic property according to amount of water absorption. Tensile strength was reduced to add to addictives. It was effected by water absorption of micro-void of elastic epoxy. Hardness inclined to decrease after increasing according to absorbed time.

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문제 정의

이러한 관점에서 에폭시의 탄성 특성을 연구하였다. 또한, 한국은 지역이 협소하고 좁은 지역에 대용량을 보내기 위하여 GIS (gas insulated switch gear)가 운영되고 있는데 대부분 지하에서 운영되고 있다[3].
[4], 에폭시는 장시간 흡습시킬 경우 기계적 강도가 변하는 것으로 알려져 있다. 이러한 관점에서 탄성을 갖는 에폭시가 흡습된 상태에서 어떻게 탄성 특성이 변하는지를 연구하였다.

제안 방법

개질제의 비율은 0 [phr], 20 [phr], 35 [phr] 및 53 [phr] 의 비율로 하였으며, 개질제와 에폭시를 충분히 반응시킨 상태에서 경화제 및 충진제를 첨가한 후, 0.05 [Torr]에서 약 30분간 탈포하였다. 이 毛 예열된 시편 금형에 탈포가 끝난 혼합액을 주입한 후, 기포가 없어질 때까지 다시 진공 탈포하였다.
이는 전기의 강자성체가 한 방향의 자기 쌍극자모멘트를 가진 구역이 외부의 자기장에 의하여 전환됨으로서 B-H 곡선이 나타나는 것과 같이 강탄성체의 경우에 있어서도 임의의한 방향으로 배열된 원자를 가진 구역이 외부의 스트레스에 의하여 전환됨으로 S-S 이력 곡선이 나타나게 된다. 그러나, 본 논문에서는 이력곡선을 그리지는 않고 흡습특성과 흡습된 후의 열화 특성을 분석하였다.
그리고, 1차 경화 및 2차 경화를 실시하였다. 경화를 2차로 나누어서 하는 이유는 1차 경화할 때, 에폭시기가 완전히 반응이 일어나지 않기 때문이며, 다시 온도를 변화시키어 경화 반응을 일으킬 경우 잔여 에폭시기가 재반응을 일으키는 것으로 알려져 있기 때문이다.
시편의 무게 증가는 설정된 시간에 따라 비이커에서 꺼낸 후, 표면의 수분을 건조기를 이용하여 제거한 후, 무게를 측정한 후 영탄성 실험을 하였다. 수분의 무게는 천칭을 이용하여 늘어난 양을 측정하였다. 늘어난 비율은 식 (1)에 의하여
경화를 2차로 나누어서 하는 이유는 1차 경화할 때, 에폭시기가 완전히 반응이 일어나지 않기 때문이며, 다시 온도를 변화시키어 경화 반응을 일으킬 경우 잔여 에폭시기가 재반응을 일으키는 것으로 알려져 있기 때문이다. 시료 제작시는 동일 조건으로 하기 위하여, 온도 조건 및 시간을 1차 경화는 130 [℃]에서 3시간, 2차 경화는 120 [℃]에서 12시간으로 정한 상태에서 시편을 제작하였다.
온도는 50[℃]로서 흡습시간은 에폭시 재료의 경우 거의 제곱근에 비례하는 것으로 나타나, 484시간까지 흡습시키었다. 시편의 무게 증가는 설정된 시간에 따라 비이커에서 꺼낸 후, 표면의 수분을 건조기를 이용하여 제거한 후, 무게를 측정한 후 영탄성 실험을 하였다. 수분의 무게는 천칭을 이용하여 늘어난 양을 측정하였다.
에폭시 시편은 비스페놀 A형의 에폭시에 개질제를 첨가한 형태로서 주제를 제작하였다. 개질제의 비율은 0 [phr], 20 [phr], 35 [phr] 및 53 [phr] 의 비율로 하였으며, 개질제와 에폭시를 충분히 반응시킨 상태에서 경화제 및 충진제를 첨가한 후, 0.
탄성 특성을 측정하기 위하여 Instrung을 사용하였다. 시편두께는 2[mm]로 하여 실험하였다.

성능/효과

1. 흡습율은 시간에 따라 증가하는 특성을 나타내고 있었으며, 개질제의 함량에 따라 증가하였다.
2. 탄성 특성은 흡습 시간이 지남에 따라 적어지는 것으로 나타났다.
3. 인장 강도는 흡습이 진행될 수록 저하된 것으로 나타났다.
4. 쇼아 A방식에 의한 경도는 개질제가 첨가될수록 적어졌다.
초기경도의 정도는 일정한 데이터 값의 흐름을 보여주었고 O[phr], 20[phr] 및 35[phr] 에폭시의 순으로 경도가 크게 나타났다. 개질제가 첨가됨에 따라 이 데이터 값으로 개질제 첨가에 의해서 경도가 작아지는 것을 알 수 있었다.
흡습시간에 따른 인장강도는 점차 감소하는 것으로 나타났다. 즉, 탄성형 에폭시는 시간이 약 121 시간 경과된 후에는 흡습에 의한 인장강도의 변화가 거의 나타나지 않음을 확인할 수 있었다.

후속연구

그러므로, 취성이 보완된 탄성 특성을 갖는 수지가 개발되면 더 넓은 용도의 절연 재료로 사용이 가능할 것이다.
그러나, 외력의 크기가 어느 임계값 즉, 항복점 이상일 경우에는 복귀되지 않는다. 복원 특성에 대하여는 추후 연구할 예정이다.

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