[논문]CNT가 강화된 고분자 복합체의 모폴로지에 대한 인장변형의 영향

국정호; 곽수경; 김민정; 양종석; 박대희; 나창운

CNT가 강화된 고분자 복합체의 모폴로지에 대한 인장변형의 영향
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국정호 (전북대학교 BK-21 고분자 BIN 융합기술 연구팀) , 곽수경 (전북대학교 BK-21 고분자 BIN 융합기술 연구팀) , 김민정 (전북대학교 BK-21 고분자 BIN 융합기술 연구팀) , 양종석 (원광대학교 전자재료공학과) , 박대희 (원광대학교 전자재료공학과) , 나창운 (전북대학교 BK-21 고분자 BIN 융합기술 연구팀)

Carbon nanotube(CNT)-reinforced poly(ethylene-co-ethyl acrylate)(EEA) nanocomposites were prepared by melt mixing with a Haake internal mixer. The CNT loading was vaned from 0 to 20 wt%. The changes m CNT dispersion and shape were investigated with FE-SEM observation with and without the Tensile strain of 40%. The CNT was protruded over the fracture surface upon Tensile strain, which is a very interesting behavior.

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문제 정의

본 연구에서는 CWJT가 강화된 EEA고분자 매트릭스의 파단면 모폴토지에 대한 인장변형의 영향을 알아보았다. FE-SEM 분석 결과 대부분의 CNT는 파단면에 삽입되어있는 형태로 존재하며, CNT 함량이 증가할 수 록 표면에서 관찰되는 CNT의 양도 많음을 확인하였다.
본 연구에서는 최근 고압전력 케이블용 반도전충 고분자 매트릭스로써 주목받고 있는[4] poly(ethylene-co-ethyl aciylate)에 전기전도성이 우수한 CNT를 분산시켜 고분자 나노 복합체를 제조하였고, 인장변형에 따른 CNT의 구조변화를 관찰하였다.

제안 방법

이후 이축 밀(two-roll mill)을 이용하여 컴파운드에 DCP를 혼합하고, 압축성형을 통해 1 mm 두께의 시트를 제조하였고, 시트를 액체 질소에서 약 3분간 얼린 후 순간적으로 절단하여 파단면을 얻었다. 이를 인장시험기(Lloyd, UK)를 이용하여 40% 인장변형을 가한 후, 시편의 양쪽 면에 동판를 접착하여 고정시켰다[그림 1]. 인장변형이 가해진 시편의 파단면을 FE-SEM(Hitachi, S-4300SE)을 이용하여 관찰하였다.
고분자 나노복합체의 제조는 EEA와 CNT룰 80℃의 오븐에서 24시간 건조시킨 후, EEA와 CNT 그리고 첨가제를 조성(표-1)에 따라 180℃로 예열된 Haake internal mixer를 이용하여 60 rpm, 10분 동안 용융혼합 하였다[2]. 이후 이축 밀(two-roll mill)을 이용하여 컴파운드에 DCP를 혼합하고, 압축성형을 통해 1 mm 두께의 시트를 제조하였고, 시트를 액체 질소에서 약 3분간 얼린 후 순간적으로 절단하여 파단면을 얻었다. 이를 인장시험기(Lloyd, UK)를 이용하여 40% 인장변형을 가한 후, 시편의 양쪽 면에 동판를 접착하여 고정시켰다[그림 1].
이를 인장시험기(Lloyd, UK)를 이용하여 40% 인장변형을 가한 후, 시편의 양쪽 면에 동판를 접착하여 고정시켰다[그림 1]. 인장변형이 가해진 시편의 파단면을 FE-SEM(Hitachi, S-4300SE)을 이용하여 관찰하였다.

대상 데이터

Ltd), di-n-butyltin dilaurate (DBTL, 95%)를 첨가하였다. 가교제로는 dicumyl peroxide(DCP, 98%, Aldrich)를 사용하였다[3]. 고분자 나노복합체의 제조는 EEA와 CNT룰 80℃의 오븐에서 24시간 건조시킨 후, EEA와 CNT 그리고 첨가제를 조성(표-1)에 따라 180℃로 예열된 Haake internal mixer를 이용하여 60 rpm, 10분 동안 용융혼합 하였다[2].
본 실험에서 사용된 고분자는 poly(ethylene-co-ethyl acrylate) (EEA, Dupont-Mitsui Polychemicals Co. Ltd) 이었고, CNT는 다중벽 구조의 형태인 MWCNT75 (NanoKarbon Co. Ltd, diameter: 30~60 nm, purity>95%)를 사용하였고, 첨가제로서 zinc stearate (Zn-St, Songwon industrial Co. Ltd), Mg(OH)2 (Duksan pure chemical Co. Ltd), polyethylene glycol 400 (Daejung chemical & metal Co. Ltd), di-n-butyltin dilaurate (DBTL, 95%)를 첨가하였다. 가교제로는 dicumyl peroxide(DCP, 98%, Aldrich)를 사용하였다[3].

성능/효과

알아보았다. FE-SEM 분석 결과 대부분의 CNT는 파단면에 삽입되어있는 형태로 존재하며, CNT 함량이 증가할 수 록 표면에서 관찰되는 CNT의 양도 많음을 확인하였다. 시편에 인장변형을 가한 경우 CNT가 EEA 표면 위로 돌출되는 현상을 발견하였으며.
CNT의 함량이 증가할 수 록 파단면 위에 드러나는 CNT도 많아짐을 확인할 수 있었으며, 대부분의 CNT가 파단면에 삽입되어 있는 형태로 존재하였다. 특히 EEA-CNT20의 경우 CNT의 함량이 많아 표면에서 관찰되어지는 CNT도 많음을 확인하였으며, 또한 CNT의 직경은 약 50~60nm 으로 관찰되었다.

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