초록 ▼

본 연구에서는 열경화성 고분자 복합계의 유변학적 특성과 경화반응, 연속성형이 가능한 끌어당김 성형공정의 이론적 해석 및 실험, 목합성형품의 기계적 특성과 환경 시험 특성 등을 종합적으로 고려하여 해석하는 상호 유기적인 연구를 수행함으로써 우수한 성능을 갖는 복합재료의 개발 및 성형공정의 최적 조작 조건들을 도출하기 위한 자료를 마련하였다. 이와 아울러 섬유-수지 계면에서의 접착력을 증가 시켜 보다 보강 효과가 높고 파단신장도가 낮지 않은 이상적인 보강재의 개발에 기여하기 위하여 액정 고분자를 이용한 분자 복합재의 개발에 관한 연구를

본 연구에서는 열경화성 고분자 복합계의 유변학적 특성과 경화반응, 연속성형이 가능한 끌어당김 성형공정의 이론적 해석 및 실험, 목합성형품의 기계적 특성과 환경 시험 특성 등을 종합적으로 고려하여 해석하는 상호 유기적인 연구를 수행함으로써 우수한 성능을 갖는 복합재료의 개발 및 성형공정의 최적 조작 조건들을 도출하기 위한 자료를 마련하였다. 이와 아울러 섬유-수지 계면에서의 접착력을 증가 시켜 보다 보강 효과가 높고 파단신장도가 낮지 않은 이상적인 보강재의 개발에 기여하기 위하여 액정 고분자를 이용한 분자 복합재의 개발에 관한 연구를 병행하였다.
주요한 연구 내용을 요약하면 다음과 같다.
첫째 고분자 복합재료의 구조 및 기계적 특성에 관한 연구에서는 에폭시계 비닐에스테르 및 불포화 폴리에스테르 수지를 casting에 의해 성형한 다음 수지 자체만의 기계적 특성 연구를 1차적으로 수행하고, 수축 방지 효과를 기하기 위해 폴리 비닐 아세테이트를 첨가한 수지계의 경화 거동 추적과 기계적 물성에 미치는 수축 방지제의 영향을 연구하였다. 또한 끌어당김 성형공정에 의해 제조된 복합재료의 기계적 특성, 특 인장, 굴곡, 압축 물성 등을 만능 시험기를 이용하여 측정하고, 이를 성형 조건들과 연관시켜 해석하여 성형 조건과 첨가제의 함량 등이 최종제품의 물성에 미치는 영향을 비교 검토하였다. 이와 아울러 자외선, 고온, 고습 및 이들이 복합적으로 일어나는 가속된 환경시험을 수행하여 제품의 노화 효과를 조사하였으며, 성형조건의 변화에 따른 모폴로지 연구도 수행하였다.
둘째 고분자 복합재료의 성형 공정에 관한 수치모사 연수에서는 불포화 폴리에스테르/유리 섬유를 대상계로 선정하여 끌어당김 성형공정에 대한 열전달 현상 및 경화과정, 끌어 당김 힘에 대한 모델식을 수립하고, 아울러 성형공정에서 가장 많은 영향을 미치는 인자는 벽면 온도와 속도의 변화에 따른 체류 시간임을 알 수 있었으며, 특히 우수한 기계적 특성을 갖는 균일한 성형품을 얻기 위해서는 적절히 계획된 벽면 온도의 설정이 가장 중요하다는 결론을 얻었다. 한편 복잡한 다이의 형상에 대해서도 수치해석이 가능하게끔 유한 요소법으로 사각형 다이에서의 온도 분포, 경화도와 함께 끌어당김 성형공정에서의 동력학적인 해석을 수행하였으며, I-beam 다이에서도 역시 온도 분포, 경화도를 수치모하였다. 그리고 끌어당김 힘의모사 실험에선 마찰력과 점성력이 전체 힘의 크기를 좌우하며 특히 점도의 영향이 아주 중요함을 알 수 있었다.
셋째 고분자 복합재료의 유변학적 특성 및 경화반응 속도 연구에서는 섬유 강화 열경화성 고분자 복합재료의 반응 성형공정 해석을 위하여 불포화 폴리에스테를 수지, 비닐에스테를 수지 및 에폭시 수지를 대항으로 하여 경화과정에서의 정상 상태 및 동적 유변학적 특성 변화와 등온 및 비등온 경화반응 속도를 온도, 경화도, 충전제와 보강재의 함량, 전단 속도등에 따라 측정하여 모델식을 도출 수식화하고, 치수 안정성 및 충격 강화 특성을 부여하기 위하여 첨가 되는 low profile agent (LPA)와 rubber-toughening agent가 경화특성에 미치는 영향을 고찰 하였다. 이와 아울러 복합재료의 연속 성형공정인 끌어당김 성형용 장치를 설계 제작하고, 경화반응 속도가 규명된 불포화 포리에스테르수지/E-유리섬유계 및 비닐에스테르 수지/E-유리 섬유계의 복합재료를 간단한 평판형 다이를 이용하여 제조하였으며, 다이의 벽면온도분포, 끌어당김 속도 및 보강 섬유의 함량 등 제반 성형조건의 변화에 따른 다이내부의 온도 및 압력변화의 결과를 수치모사 결과 및 기계적 특성 결과와 비교 검토 함으로써 최적 설계 및 운전 조건의 선정을 위한 기초 자료를 마련하였다.
끝으로 분자복합재를 포함하는 폴리브랜드의 개발에 관한 연구에서는 열방성액정 고분자와 폴리카보네이트를 대상수지로 하여 고분자 혼합물계를 구성한 다음 용융 혼합기를 사용하여 액정고분자의 함량, 혼련속도 및 온도 등의 변화에 따른 제반 혼련 특??변학적 특성 사이의 관계 규명을 시도하였으며, DSC를 이용하여 열적 특성을 알아보았다. 또한 다이 내에서 섬유상의 배향특성을 수치 모사를 통해 알아 본 후, 유로가 수축 후 다시 확장되는 다이를 제작하여 단일 스크류식 압출기에 부착하고 액정 고분자를 압출시킴으로써 유동장하에서의 액정 고분자의 분산 및 배향을 검토하였다.

Abstract ▼

Studies were perforned to develop the high performance thermosetting polymer cooposite systems, which include the curing kinetics and rheological behavior of composites of interest, theoretical and numerical analysis and experiments on the pultrusion process, and nechanical and environmental charact

Studies were perforned to develop the high performance thermosetting polymer cooposite systems, which include the curing kinetics and rheological behavior of composites of interest, theoretical and numerical analysis and experiments on the pultrusion process, and nechanical and environmental characteristics of the composite products Studies were also performed to develop the molecular cooposite systeos having better fiber-matrix interfacial adhesion and higher mwchanical properties.
First, the mechanical properties of epoxy-based vinyl ester resins and unsaturated polyester resins were investigated on the samples obtained by the casting method, and the effects of the low profile agent on the mechanical properties and the curing behavior were studied by adding small amount of polyvinylacetate. The tensile, flexural and compressive properties of composite products manufactured by the pultrusion experiments were measured and analyzed in terms of the processing conditions and the contents of additives. The environnental testing of the composite products were also perforned to investigate the effects of UV light, high temperature, and humidity on the mechanical properties of the composites.
Second, the modelling and numerical algorithm were developed to analyze the pultrusion processes of unsaturated polyester/glass fiber systems. The wall temperature and the pulling speed turn out to be the most important parameters in this process and it is essential to impose well-planned temperature profiles along the die wall to obtain the products having good oechanical properties. The finite element algorithm was also developed to analyze the pultrusion process having complex shape of products and was used to simulate the degree of cure and the temperature profile along the l-beam die Both the frictional force and the viscous force have considerable effects in the calculation of the pulling force
Third, the static and dynamic measurements of chemorheological properties and isothermal and nonisothermal measurements of curing kinetics were carried out on the unsaturated polyester resins, vinyl ester resin, and epoxy resin to develop kinetic model equations. The pultrusion equipment and the planar rectangular die were designed, constructed and used to manufacture the conposite products based on the unsaturated polyester/E-glass fiber and vinyl ester/E-glass fiber Experimental results carried out for the various die wall temperature profiles, pulling speeds, fiber contents and other processing conditions provide essential and important data for the future developeent of the optimum design and operating conditions in the pultrusion systems.
FinalIy, the thermotropic liquid crystalline polymer(LCP) and polycarbonate were blended by using the sigma-type melt mixer, investigating the effects of the LCP content, the mixing speed, and mixing temperature on the oixing characrteristics. The capillary rheometer was used to measure the rheological properties of the blends and relationship between optimum mixiing conditions and rheological behavior of the blends were examined. The dispersion and orientation of the LCP nolecules under the complex flow fields were also studied by extruding the LCP through the converging-diverging and straight tubular dies and compared with the numerical results on the fiber orientation obtained in the flow through the similar type of the dies.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...17
• 제 1 절 연구 목적...17
• 제 2 절 연구 범위...19
• 제 3 절 연구 결과의 활용 및 건의...21
• 제 2 장 연구 방법...22
• 제 1 절 고분자 복합재료의 구조와 기계적 특성...22
• 제 2 절 고분자 복합재료의 가공에 관한 수치모사...23
• 제 3 절 유변학적 특성과 경화반응 속도...24
• 제 4 절 끌어당김 성형실험...27
• 제 5 절 분자복합재를 포함하는 폴리블랜드의 개발 및 특성...28
• 제 3 장 결과 및 고찰...29
• 제 1 절 고분자 복합재료의 구조와 기계적특성에 관한 연구...29
• 제 2 절 고분자 복합재료의 가공에 관한 수치모사 연구...31
• 제 3 절 유변학적 특성과 경화반응 속도...34
• 제 4 절 끌어당김 성형공정...36
• 제 5 절 분자복합재를 포함하는 폴리블랜드의 개발 및 특성...40
• 제 4 장 결 론...42
• 참고 문헌...47
• 제 1 세부 목차...50
• 제 1 장 서 론...59
• 제 2 장 연구 방법...59
• 제 1 절 사용 재료...59
• 제 2 절 유변물성 시험...60
• 제 3 절 수지의 경화 추적...64
• 제 4 절 시편 제작...65
• 제 5 절 기계적 물성 측정...70
• 제 6 절 경화된 시편의 환경시험...74
• 제 3 장 결과 및 고찰...77
• 제 1 절 비닐에스테르 수지와 수축 방지제...77
• 제 2 절 불포화 폴리에스테르 수지 및 그 복합재료...105
• 제 3 절 주사전자현미경에 의한 모폴로지...132
• 제 4 장 결 론...153
• 참고 문헌...156
• 제 2 세부 목차...159
• (끌어당김 성형공정)...160
• 1. 서 론...163
• 제 2 장 연구 방법...181
• 제 3 장 결과 및 토론...197
• 제 1 절 경화거동 모델의 비교와 고찰...197
• 제 2 절 사각형 다이에서의 경화반응과 동력학 해석...215
• 제 3 절 Ibeam 다이에서의 경화 반응...226
• 제 4 장 결 론...230
• 제 5 장 참고 문헌...232
• 제 3 세부 목차...248
• -목 차 -...248
• 제 1 장 서 론...251
• 제 1 절 연구 목적...251
• 제 2 절 연구 범위...254
• 제 3 절 연구 결과의 활용...256
• 제 2 장 연구 방법...257
• 제 3 장 결과 및 고찰...263
• 제 4 장 결 론...363
• 참고 문헌...366
• -4세부 목 차 -...369
• 제 1 장 서 론...372
• 제 2 장 섬유상 배향의 수치모사...375
• 제 3 장 실험...398
• 제 4 장 결과 및 고찰...403
• 제 5 장 결 론...443
• 참고 문헌...445