effect of various sizing agents on the properties of
TRANSCRIPT
Vol. 31, No. 6, 299-303 (2018)DOI: http://dx.doi.org/10.7234/composres.2018.31.6.299ISSN 2288-2103(Print), ISSN 2288-2111(Online)
Paper
๋ค์ํ ์ฌ์ด์ง์ ๊ฐ ๋ฐ์์คํฉ์ ์ํด ์ ์กฐ๋ ๋์ผ๋ก 6/ํ์์ฌ์ ๋ณตํฉ์ฒด์ ๋ฌผ์ฑ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ
๋ฐํ๋* ยท ์ดํ์ฑ* ยท ํ๋ชฝ์*โ
Effect of Various Sizing Agents on the Properties of Nylon6/ Carbon Fiber Composites Prepared by Reactive Process
Park Ha-Neul*, Lee Hak Sung*, Huh Mongyoung*โ
ABSTRACT: In order to improve the interfacial bonding force and reaction polymerization degree of the carbon fiberreinforced nylon 6 composite material, the surface of the existing epoxy-sizing carbon fiber was desized to remove theepoxy and treated with urethane, nylon and phenoxy sizing agent, was observed. The interfacial bond strength of theresized carbon fiber was confirmed by IFSS (Interfacial Shear Strength) and the fracture surface was observed byscanning electron microscope. The results showed that the interfacial bonding strength of the carbon fiber treatedwith nylon and phenoxy sizing agents was higher than that of urethane - based sizing. It has been found that theurethane - type resizing carbon fiber has lower interfacial bonding strength than the conventional epoxy - sizingcarbon fiber. This result shows that the interfacial bonding between carbon fiber and nylon 6 is improved byremoving low activity and smoothness of existing carbon fiber.
์ด ๋ก: ํ์์ฌ์ ๊ฐํ PA6 ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ์ ํ์์ฌ์ -๋ฉํธ๋ฆญ์ค๊ฐ ๊ณ๋ฉด๊ฒฐํฉ๋ ฅ๊ณผ ๋ฐ์์คํฉ๋ ํฅ์์ ์ํด์ ๊ธฐ์กด ํ์์ฌ์ ์ ์ํญ์ ์ฌ์ด์ง์ ๋ฅผ ๋์ฌ์ด์ง์ฒ๋ฆฌํ์ฌ ์ํญ์๋ฅผ ์ ๊ฑฐํ ํ ์ฐ๋ ํ๊ณ, ๋์ผ๋ก ๊ณ, ํ๋ น์๊ณ ์ฌ์ด์ง์ ๋ก ์ฌ์ฒ๋ฆฌํด์ฃผ์์ผ๋ฉฐ, ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ์ฒ๋ฆฌ๋ ํ์์ฌ์ ์ ํ๋ฉด์ ๊ด์ฐฐํ์๋ค. ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ์ฒ๋ฆฌ๋ ํ์์ฌ์ ์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ IFSS(Interfacialshear strength)๋ฅผ ํตํด์ ํ์ธํ์์ผ๋ฉฐ, ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ ๊ฐ๋ ์ธก์ ํ ํ๋จ๋ฉด์ ์ฃผ์ฌ์ ์ํ๋ฏธ๊ฒฝ์ ํตํด์ ๊ด์ฐฐํ์๋ค.๋์ผ๋ก ๊ณ์ ํ๋ น์๊ณ ์ฌ์ด์ง์ ๋ก ์ฒ๋ฆฌ๋ ํ์์ฌ์ ๊ฐ ์ฐ๋ ํ๊ณ ์ฌ์ด์ง์ ๋นํด ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ด ์์นํ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค. ์ฐ๋ ํ๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ์ฒ๋ฆฌ๋ ํ์์ฌ์ ๋ ๊ธฐ์กด ์ํญ์ ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ณด๋ค ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ด ๊ฐ์ํ ๊ฒ์ผ๋ก ํ์ธ๋์๋ค. ์ด ๊ฒฐ๊ณผ๋ ๊ธฐ์กด ํ์์ฌ์ ์ ์ ํ์ฑ๊ณผ ํํ์ฑ์ ์ ๊ฑฐํ์ฌ ํ์์ฌ์ ์ ๋์ผ๋ก 6 ์ฌ์ด์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ด ํฅ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
Key Words: ํ์์ฌ์ (Carbon fiber), ๋์ผ๋ก 6(Nylon6), ๊ณ๋ฉด๊ฒฐํฉ๊ฐ๋(Interfacial shear strength), ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง์ฒ๋ฆฌ(Resizingtreatment)
1. ์ ๋ก
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ํ์์ฌ์ ๊ฐํ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ(carbon fibers-reinforced plastics, CFRP)๋ ๋์ ๋น๊ฐ๋, ๊ฒฝ๋์ฑ, ๋ดํผ๋ก์ฑ,
๋ด์ฝํ์ฑ, ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๊ณ ํ์ฑ๋ฅ ๋ฑ์ ๊ฐ์ง ์์ฌ๋ก ์๋ ค์ ธ ์์ด๊ณ ๊ธฐ๋ฅ์ฑ์ ํ์๋ก ํ๋ ์ฐ์ ์ ํญ ๋๊ฒ ์ด์ฉ๋๊ณ ์๋ค. ํนํ, ๊ณ ๊ฐ๋ ๋ฐ ๊ฒฝ๋์ ํน์ฑ์ ํ์๋ก ํ๋ ์ฐ์ฃผํญ๊ณต, ์คํฌ์ธ ๋ ์ ๋ถ์ผ ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ, ์ต๊ทผ ํ์์ฐ๋ฃ ๊ณ ๊ฐ๋ก ์ธํ ์ฐ๋น
Received 6 August 2018, received in revised form 10 December 2018, accepted 18 December 2018
*
*โ
Composites Processing Division, Korea Institute of Carbon Convergence Technology, Jeonju 54853, KoreaComposites Processing Division, Korea Institute of Carbon Convergence Technology, Jeonju 54853, Korea, Corresponding author(E-mail: [email protected])
300 Park Ha-Neul, Lee Hak Sung, Huh Mongyoung
๊ฐ์ ์ ์ํ ์๋์ฐจ๋ถ์ผ๋ก์ ์ฌ์ฉ์ด ํฌ๊ฒ ํ๋๋๊ณ ์๋ค[1-3].ํ์์ฌ์ ๊ฐํ ๋ณตํฉ์ฌ์ ๋ฌผ์ฑ์ ๊ฐํ์ฌ๋ก ์ฌ์ฉ๋๋ ํ์์ฌ์ ์ ๊ธธ์ด ๋ฐ ๋ฐฐํฅ ํน์ฑ๊ณผ ๋๋ถ์ด ๊ฐํ์ฌ์ ์ ๋งคํธ๋ฆญ์ค์ ์ ์ด ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ ์ํด์ ํฌ๊ฒ ์ข์ฐ๋๋ค. ํ์์ฌ์ ๊ฐํ ๋ณตํฉ์ฌ์ ๋งคํธ๋ฆญ์ค์์ ์ ์ด ๊ณ๋ฉด์ ์ธ๋ถ์์ ๊ฐํด์ง๋ ์๋ ฅ์ด๋ ๋ณํ์ด ๋งคํธ๋ฆญ์ค์์ ์ฌ์ ๋ก ์ ๋ฌ๋์ด ์ถฉ๊ฒฉ์ด ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ์ ๊ท ์ผํ๊ฒ ํก์๋๋๋ก ํด์ฃผ๋ ๋งค๊ฐ์ฒด ์ญํ ์ ํ๋ฏ๋ก ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ์ด ์ผ๋ง๋ ์ข์์ง์ ๋ฐ๋ผ CFRP์ ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ์ ๋ฌ๋ผ์ง๋ค[4-6].์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก CFRP์ ๋งคํธ๋ฆญ์ค๋ก ์ด๊ฒฝํ์ฑ๊ณผ ์ด๊ฐ์์ฑ ์์ง๊ฐ ์ฌ์ฉ๋๋ค. ์ด๊ฒฝํ์ฑ ์์ง๋ณตํฉ์ฌ๋ ์ํญ์๊ฐ ์ฃผ๋ก ์ฌ์ฉ๋๋ฉฐ, ํ์์ฌ์ ๋งคํธ์ ์ ๋์ฑ์ด ์๋ ์ ๋ถ์ ์์ง๋ฅผ ํจ์นจ์ํค๊ณ ์ฑํํ ํ ์จ๋๋ฅผ ์ฌ๋ ค ์์ง๊ฐ ๊ฐ๊ต๊ฒฐํฉ์ด ๋๋๋ฐฉ์์ผ๋ก ์ฑํ์ ํ๋ค. ์ด๊ฐ์์ฑ์์ง๋ณตํฉ์ฌ์ ๊ฒฝ์ฐ, ๋จ์ฌ์ ํํ์ ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์์ง ๋ด์ ๋ถ์ฐ/ํผํฉํ pellet์ ๋ง๋ ํ ์ฌ์ถ์ฑํํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ๊ณผ ์ด๊ฒฝํ์ฑ์์ง์ ์ ์ฌํ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก,์ด๊ฐ์์ฑ์์ง๋ฅผ ์ฉ์ตํ์ฌ ๋ฏธ๋ฆฌ ๋ง๋ค์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋งคํธ๋ฅผํจ์นจํ์ฌ Prepreg ํํ๋ก ์ ์กฐ ์ฑํํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ์๋ค. ๋งคํธ ํํ์ ํ์์ฌ์ ๋ณตํฉ์ฌ์ฉ ์ด๊ฐ์์ฑ ์์ง๋ก๋ ๋ด์ถฉ๊ฒฉํน์ฑ๊ณผ ๋ด๋ง์ฐฐ/๋ง๋ชจํน์ฑ, ๋ด์ฝํ์ฑ, ๋ด์ ์ฑ์ด ์ฐ์ํ ์์ง๋์ด๋ง ํ๋ผ์คํฑ์ผ๋ก ๋ง์ด ์ด์ฉ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ํนํ ๋์ผ๋ก ์ด ๋ง์ด ์ฌ์ฉ๋๊ณ ์๋ค[7,8]. ์ด๊ฐ์์ฑ์์ง์ ํ์์ฌ์ ์ํ๋ฉด์ ์ ํ์ฑ๊ณผ ํํ์ฑ ๋๋ฌธ์ ์์ง์์ ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ด ์ฝํ๋ค๋ ๋ฌธ์ ์ ์ด ์๋ค. ๋์ผ๋ก 6๋ฅผ ๋งคํธ๋ฆญ์ค๋ก ์ ์กฐํ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ์ ๊ฒฝ์ฐ ์ ์ด ๊ณ๋ฉด์ด ์ข์ง ๋ชปํ๋ค๊ณ ํ๊ฐ๋๋ค[9,10].์ ์ ํ ์ฌ์ด์ง์ ๊ฐ ์ฒ๋ฆฌ๋ ํ์์ฌ์ ๋ ๋งคํธ๋ฆญ์ค์ ๊ณ๋ฉด๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ด ์์นํ์ฌ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ํ์์ฌ์ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ๋ณด๋ค ๋ ๋ฐ์ด๋ ๋ฌผ์ฑ์ ์ป์ ์ ์๋ค[6,11,12].ํ์์ฌ์ ๊ฐ ๋ณด๊ฐ๋ ๋์ผ๋ก 6 ํ์์ฌ์ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ๋ ์์ด์จ ์นดํ๋ก๋ฝํ ๋จ๋์ฒด์ ๊ณ ๋ฆฌ ์ด๋ฆผ ์คํฉ์ ํตํด์ ๋ง๋ค์ด์ง๋ค. ํ์ง๋ง ํ์์ฌ์ ์ ํ๋ฉด์ ์ฒ๋ฆฌ๋ ์ํญ์ ์ฌ์ด์ง-OH, -COOH ๊ด๋ฅ๊ธฐ์ ์กด์ฌ๋ก ๊ณ ๋ฆฌ ์ด๋ฆผ ๋ฐ์์ด ์ข ๊ฒฐ๋์ด๋์ผ๋ก 6๋ก์ ํฉ์ฑ์ด ์ด๋ ต๋ค[13]. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ํ์ ์ฌ์ ํ๋ฉด์ -OH์ -COOH์ ๊ด๋ฅ๊ธฐ๋ฅผ ์ปจํธ๋กคํ ์ ์์ผ๋ฉด ์คํฉ ๋ฐ์์ด ๋ ์ํํ๊ฒ ์ด๋ฃจ์ด์ง ๊ฒ์ผ๋ก ๊ธฐ๋ํ๊ณ ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ํญ์ ์ฌ์ด์ง์ ๊ฐ ์๋ ๋ค๋ฅธ ์ฌ์ด์ง์ ๋ก ํ์์ฌ์ ํ๋ฉด์ ์ฒ๋ฆฌํ๊ณ ํ์์ฌ์ -๋ฉํธ๋ฆญ์ค๊ฐ์ ์ด ๊ณ๋ฉดํน์ฑ์ ๊ฐ์ ํ์ฌ ํ์์ฌ์ ์ ๋์ผ๋ก 6์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ด ์ด๋ป๊ฒ ๋ณํ๋ฉฐ, ๋ฐ์์คํฉ์ ์ด๋ ํ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋์ง ํ๊ฐํ์๋ค.
2. ๋ค์ํ ์ฌ์ด์ง์ ๋ฅผ ํตํ ํ์์ฌ์ ๋ฆฌ์ฌ์ด
์ง ์ฒ๋ฆฌ
2.1 ํ์์ฌ์ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ์ฒ๋ฆฌ๋ฐฉ๋ฒ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ฌ์ฉ๋ ํ์์ฌ์ ๋ ์ํญ์ ์ฌ์ด์ง๋ Toray์ฌ T700 grade์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง์ ์ฌ์ฉํ ์ฌ์ด์ง์
๋ ํ๋ น์๊ณ(Hydrosize HP3-02), ์ฐ๋ ํ๊ณ HydrosizeยฎLinkU480), ๋์ผ๋ก ๊ณ(HydrosizeยฎCarbon 280)๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ,๋ชจ๋ MICHELMAN์ฌ๋ก๋ถํฐ ๊ตฌ์ ํ์๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ธ ํ์์ฌ์ ๋ ์ํญ์ ์ฌ์ด์ง ์ฒ๋ฆฌ๊ฐ ๋์ด์์ด ๋์ฌ์ด์ง ๊ณผ์ ์ด ํ์ํ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์ง์ ๋ถ์๊ธฐ์ 900oC ํํ๋ก์ ๋ถ๋น 1๋ฏธํฐ์ ์๋๋ก ํต๊ณผ์์ผ ์ํญ์์ฌ์ด์ง์ ๋ฅผ ์ ๊ฑฐํ๋ค. ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง๋ ํ์์ฌ์ ๋ ๋์ฌ์ด์ง๋ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์ฌ์ด์ง์ (์ฐ๋ ํ๊ณ, ๋์ผ๋ก ๊ณ, ํ๋ น์๊ณ) ๋๋๊ฐ 1, 3, 5, 10 wt%๋ก ๋ง์ถ ์์ฉ์ก์ ํต๊ณผ์์ผ ํจ์นจํ ํ,130oC์์ ๊ฑด์กฐํ์ฌ ์ป์๋ค. ์ด ๋ชจ๋ ๊ณผ์ ์ ์ฐ์์์ผ๋ก ์ด๋ฃจ์ด์ง๋ฉฐ 1 m/min ์๋๋ก ์งํ๋์๋ค.
2.2 ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง๋ ํ์ ์ฌ์ ์ ํ๋ฉด๋ถ์
์ฌ์ด์ง ์ฌ๋ถ๋ฅผ ์์๋ณด๊ธฐ ์ํ์ฌ ๋ฆฌ์ฌ์ด์งํ ํ์์ฌ์ ์ํ๋ฉด์ SEM์ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ถ์ํ์๋ค. ๊ธฐ์กด ์ํญ์ ์ฌ์ด์ง์ , ๋์ผ๋ก ๊ณ ๋ฐ ์ฐ๋ ํ๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ์ฒ๋ฆฌ๋ ํ์์ฌ์ ์ ํ๋ฉด์ ์ฌ์ด์ง์ ๊ฐ ์ ๋ถ์ฐ๋์ด ๋งค๋๋ฌ์ด ๋ชจ์ต์ ๋ณด์๋ค.๋ฐ๋ฉด ํ๋ น์๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ์ ํ๋ฉด์ ์ฌ์ ์ฌ์ด์ ์ฌ์ด์ง์ ๊ฐ ๋ญ์ณ์๋ ๋ชจ์ต์ ๋ณด์ธ๋ค. ๊ฐ์์ ์ผ๋ก ๋ณด์์ ๋, ํ๋ น์๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง์ ๊ฐ ๊ฐ์ฅ ๊ณ ๋ฅด๊ฒ ๋ถ์ฐ๋์ง ์์๋ค. ์ด๋ ํ๋ น์๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง์ ๊ฐ ๋ถ์๋์ด ๋์์ ๋ถ์ฐ๋๊ฐ ๋ฎ์ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
2.3 ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์ ์ฌ์ ์ ๋์ผ๋ก 6์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ ๊ฐ๋
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ์ ๋์ผ๋ก 6์ ์ ํฉ์ฑ์ ์์๋ณด๊ธฐ ์ํด์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ ํ๊ฐํ์๋ค.๋จผ์ ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ASTM C 1239-07์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ํด๋ฆฌ์ด๋ฏธ๋ ์ธ์ฅํ์ ํ์์ฌ์ ํ ๊ฐ๋ฅ์ฉ ์์น์์ผ ์ฃผ๊ณ , ์ ๋์ ์
Fig. 1. Process of treating carbon fiber to sizing agents
Fig. 2. The Surface of resized carbon fiber observed through ascanning electron microscope (SEM). (Left : Urethaneresizing carbon fiber/Right : Phenoxy resizing carbon fiber)
Effect of Various Sizing Agents on the Properties of Nylon6/Carbon Fiber Composites Prepared by Reactive Process 301
ํญ์ ์ ์ฐฉ์ ๋ก ๊ณ ์ ์์ผ ์ธ์ฅ์ํธ์ ๋ง๋ค์ด์ค๋ค. ์ํ๋ง๋์ธ์ฅํ์ ํ์์ฌ์ ์ ์ค์์ ๋์ผ๋ก 6 ์์ง ๋ฐฉ์ธ์ ๋งบํ๊ฒํด์ค๋ค(Fig. 3). ๋ค์์ผ๋ก 50 ฮผm ๊ฐ๊ฒฉ์ loading blade์ ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ํต๊ณผ์ํค๊ณ ์์ง ๋ฐฉ์ธ์ ์์น์ํจ ํ, ํ์ค์ ์ฃผ์ด์์ง ๋ฐฉ์ธ์ด ํ๋จ๋ ๋๊น์ง ์ธ์ฅ์ํ์ ์งํํ๋ค(Fig. 4).์ธก์ ๋ ํ์ค ๊ฐ์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ ์ (1)์ ๋์ ํ์ฌ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ ๊ฐ๋(MPa)๋ฅผ ์ฐ์ถํ๋ค.
(1)
L = Embedded lengthD = Diameter of the fiberFmax = Maximum load
๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ ๊ฐ๋ ์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ ํ๋ น์๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ ๊ฐ๋๋ 29.41 MPa๋ก ๊ฐ์ฅ ๋์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค. ๋๋ฒ์งธ๋ก ๋์ผ๋ก ๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๊ฐ๋๋ 27 MPa๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. ๋์ถ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ณด์์ ๋, ๋์ผ๋ก ๊ณ๋ ํ๋ น์๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์ ์ฌ์ ๊ฐ ๋ฐ์์คํฉ ์ ๋์ผ๋ก ๊ณผ ๊ฐ์ฅ ๋์ ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ ๊ฐ์ง๋ฉฐ, ๋์ผ๋ก ๊ณ ํน์ ํ๋ น์๊ณ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์ ์ฌ์ ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์นดํ๋ก๋ฝํ ์์ด์จ ๋ฐ์์คํฉ์ผ๋ก ์ ์กฐ๋ ๋ณตํฉ์ฌ์ ๊ฐ๋๊ฐ ๋์ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ ๊ฐ๋ ์ธก์ ํ์ ํ์ ์ฌ์ ์ ์์ง ๋ฐฉ์ธ์ ํ๋จ๋ฉด์ ๊ด์ฐฐํด๋ณด์๋ค. ํ๋จ๋ ๋ถ๋ถ์ ํ๋ํ์์ ๋ ํ์์ฌ์ ํ๋ฉด์ด ๊น๋ํ๊ณ ์์ง ๋ฐฉ์ธ์์ ํ์ด์ด ๋ฐ์๋์๋ค. ์ด๋ ๋์ผ๋ก 6 ์์ง ๋ฐฉ์ธ๊ณผ ํ์์ฌ์ ์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ด ๋์ผ๋ก 6์ ํ๋จ ๊ฐ๋๋ณด๋ค ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ฐ์ํ ํ์์ด๋ผ ํ๋จ๋๋ค.
ฯIFSSFmax
ฯDLe------------=
Fig. 3. Fabrication of single fiber IFSS(Interfacial shear strength)specimen
Fig. 4. Single fiber IFSS(Interfacial shear strength) test (ASTM C1239-07)
Fig. 5. Interfacial shear strength(IFSS) graph of carbon fibertreated sizing agents
Table 1. Data table of Interfacial shear strength(IFSS)
CF(Carbonfiber)
Urethane(UT)
Nylon(PA)
Phenoxy(HP)
Average drop size (ฮผm) 199.32 184.06 178.44 181.57
Interfacial shear strength (MPa) 23.28 22.86 27 29.41
Fig. 6. Scanning electromicroscope(SEM) image of phenoxyresizing carbon fiber attached droplet after interfacialshear strength (IFSS)
302 Park Ha-Neul, Lee Hak Sung, Huh Mongyoung
3. ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์ด์ฉํ ๋ฐ์์คํฉ
3.1 ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์ด์ฉํ ๋์ผ๋ก 6 ๋ฐ์์คํฉ ์ํธ
์ ์กฐ
๋์ผ๋ก 6 ๋ฐ์์คํฉ ์ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๊ฐ ์คํฉ๋ฐ์๋์ ์ด๋ ํ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋์ง ์์๋ณด๊ธฐ ์ํด ์ฐ๋ ํ๊ณ, ๋์ผ๋ก ๊ณ, ํ๋ น์๊ณ ์ฌ์ด์ง์ ๋ก ๋ฆฌ์ฌ์ด์งํ ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๋์ผ๋ก 6 ๋ฐ์์คํฉ ์คํ์ ์งํํ์๋ค. ์์ด์จ ์นดํ๋ก๋ฝํ์ Brรผggemann ์ฌ์ ์ ํ์ ์ฌ์ฉํ์๊ณ , ๊ฐ์์ (C10)์์ด๋งค์ (C20)๋ Brรผggemann ์ฌ์ ์ ํ์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ์นดํ๋ก๋ฝํ์ 80~100oC์์ ์ฉ์ต์ํค๊ณ , ๊ธํ ๋ด ์จ๋๋150~160oC๋ก ์ ์งํ์ฌ ๋ฐ์์คํฉ์ ์งํํ์๋ค.
3.2 ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์ด์ฉํ ๋์ผ๋ก 6 ๋ฐ์์คํฉ ์ํธ
์ ์คํฉ๋
๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๋์ผ๋ก 6 ๋ฐ์์คํฉ์ ์งํํ ํ, ๋์ผ๋ก 6์ ์คํฉ์ด ์ผ๋ง๋ ์ด๋ฃจ์ด์ก๋์ง ์คํฉ ์ ํ์จ์ ์ธก์ ํ์๋ค. ์คํฉ ์ ํ์จ ์ธก์ ๊ณผ์ ์ ์๋์ ๋ชจ์๋๋ก ๋ํ๋ด์๋ค(Fig. 8). ์คํฉ ์ ํ์จ์ ์ํธ์ ์ผ์ ํ ํฌ๊ธฐ๋ก ์ ๋จํ ๋ค์ ๋ฌด๊ฒ๋ฅผ ์ธก์ ํ๋ค. ์ํธ์ 24์๊ฐ ๋์ ์ฆ๋ฅ์์ ํจ์นจ์ํค๋ฉด ๋ฏธ์คํฉ๋ ์นดํ๋ก๋ฝํ์ด ๋ น์ ๋์จ๋ค.์ฆ๋ฅ์์ ์ถฉ๋ถํ ํจ์นจ์ํจ ํ, ํ๋ฃจ(24์๊ฐ)๋์ ๊ฑด์กฐ์ํจ๋ค. ๊ฑด์กฐ ํ ์ํธ์ ๋ฌด๊ฒ๋ฅผ ์ธก์ ํ์ฌ ์คํฉ ์ ํ์จ ๊ณ์ฐ์์๋์ ํ๋ฉด ๊ฐ์ ๋์ถํ ์ ์๋ค. ์คํฉ ์ ํ์จ์ ๋์ผ๋ก ๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ๋ฐ์์คํฉ ์ํธ์ด 98.26%๋ก ๊ฐ
์ฅ ๋์ ๊ฐ์ ๋ํ๋ด์๋ค(Table 2).์คํฉ ์ ํ์จ ๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ์ ๋ณด์์ ๋, ๋ฐ์์คํฉ ์ ์ฌ์ฉ๋๋์์ง์ธ ๋์ผ๋ก 6์ ์ฑ๋ถ์ด ๋์ผํ๋ฉฐ, ๋์ผ๋ก ๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ์ฒ๋ฆฌ๊ฐ ํ์์ฌ์ ํ๋ฉด์ -OH, -COOH ๊ด๋ฅ๊ธฐ๋ฅผ ๊ฐ์์์ผ ์คํฉ๋ฐ์์ด ์ํํ๊ฒ ์ด๋ฃจ์ด์ง ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
3.3 ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์ด์ฉํ ๋์ผ๋ก 6 ๋ฐ์์คํฉ ์ํธ
์ ๊ธฐ๊ณ์ ๊ฐ๋ ๊ด์ฐฐ
๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ์ฌ๋ก ๋์ผ๋ก 6 ๋ฐ์์คํฉ์์งํํ ํ ๋์ผ๋ก 6 ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ์ ์กฐํ ํ ๊ตด๊ณก๊ฐ๋๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ์๋ค. ๊ฐ๋์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ ๋์ผ๋ก ๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ก ๋ฐ์์คํฉํ ๋ณตํฉ์ฌ ์ํธ์ ๊ฐ๋๊ฐ ์ฝ 159 MPa๋ก ๊ฐ์ฅ ๋์๊ตด๊ณก๊ฐ๋๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค(Table 3). ๋์ผ๋ก ๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ๋์ผ๋ก 6 ๋ณตํฉ์ฌ์ ๊ตด๊ณก๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ๋์ ๊ฒ์ ๊ธฐ์ง์ฌ์ ๊ฐ์ ์ฑ๋ถ์ผ๋ก ์ ์ฐฉ ๊ณ๋ฉด์ด ๋์ ๋ถ๋ฆฌ๋ ์ํ์ด ์ ์ผ๋ฉฐ, -OH์ -COOH ๊ด๋ฅ๊ธฐ๋ฅผ ์ ์ดํด์ฃผ์ด ๋์ ๋ฐ์์คํฉ์จ์ ์ด๋ฃจ์ด ๊ธฐ๊ณ์ ๊ฐ๋๊ฐ ๋์ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ ์ํธ์ ์ ์กฐํ ์ ์์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
Fig. 7. Schematic diagram of the reaction polymerization pro-cess using a resized fabric
Fig. 8. Measurement method of polymerization conversion ofnylon6 reaction polymerization specimen
Table 2. Polymerization conversion of nylon 6 composites usingresizing carbon fiber
CF(Carbonfiber)
Urethane(UT)
Nylon(PA)
Phenoxy(HP)
Degree of conversion
(%)94.33 98.77 98.26 95
Fig. 9. Flexural strength graph of reactive polymerized speci-mens using resizing carbon fiber
Table 3. Flexural strength data of reaction polymerization speci-mens using resizing carbon fibers
CF(Carbonfiber)
Urethane(UT)
Nylon(PA)
Phenoxy(HP)
Flexural strength(MPa)
62.71 72.53 159.65 8.72
Effect of Various Sizing Agents on the Properties of Nylon6/Carbon Fiber Composites Prepared by Reactive Process 303
IFSS ๊ณ๋ฉด ๊ฐ๋๊ฐ์ด ๊ฐ์ฅ ๋์๋ ํ๋ น์๊ณ ์ฌ์ด์ง์ ์ฒ๋ฆฌ ์ํธ์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ตด๊ณก๊ฐ๋๊ฐ 8 MPa ์ ๋๋ก ๊ฐ์ฅ ๋ฎ์๊ฐ์๋ํ๋ด์๋ค. ์ด๋ ์ฌ์ด์ง์ ๊ฐ ๊ณ ๋ฃจ ๋ถ์ฐ๋์ง ๋ชปํ์ฌ ํ๋ฉดroughness๊ฐ ๋์ ๊ณ๋ฉด ๊ฐ๋๊ฐ์ด ๋์๊ณ ๋ฐ์ ์คํฉ์ ๋ฐ์์ ํ์จ์ 95%๋ก ๋์์ง๋ง ๋ถ์๋์ด ๋ฎ์ ๊ตด๊ณก๊ฐ๋ ๊ฐ์ด ๋ฎ๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค.์ด๋ ํ๋ น์ ์ฌ์ด์ง์ ๊ฐ ๋ฐ์์คํฉ์ ๋ถ์๋์ฆ๊ฐ๋ฅผ ์ ํดํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค[14].
4. ๊ฒฐ ๋ก
ํ์์ฌ์ ๊ฐํ ๋์ผ๋ก 6 ๋ณตํฉ์ฌ์ ๋งคํธ๋ฆญ์ค์ ํ์์ฌ์ ์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ ํฅ์์ํค๊ธฐ ์ํด์ ํ์์ฌ์ ์ ์ฐ๋ ํ๊ณ, ๋์ผ๋ก ๊ณ, ํ๋ น์๊ณ ์ฌ์ด์ง์ ๋ก ๊ธฐ์กด์ ์ํญ์ ์ฌ์ด์ง์ ์ ๊ฑฐํ๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง์ ์งํํ์๋ค.ํ๋ น์๊ณ๋ก ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง๋ ํ์์ฌ์ ์ ํ๋ฉด์ ๋์ฒด์ ์ผ๋ก๊ท ์ผํ์ง ์์๊ณ ์ฌ์ด์ง์ ์ ๋ถ์๋์ด ๋์ ํ์์ฌ์ ํ๋ฉด์ ๋ถ์ฐ๋๊ฐ ๋ฎ์ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ฐ๋ฉด์ ์ฐ๋ ํ๊ณ์๋์ผ๋ก ๊ณ๋ก ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง๋ ํ์์ฌ์ ์ ํ๋ฉด์ ๊ธฐ์กด์ ์ํญ์์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ์ ์ฐจ์ด๊ฐ ์์๋ค. ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ก๋ฐ์์คํฉ ์ ๋์ผ๋ก 6์์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ ๋ณด๊ธฐ ์ํด์ IFSS๋ฅผ ์ธก์ ํ ๊ฒฐ๊ณผ ๋์ผ๋ก ๊ณ์ ํ๋ น์๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ ๊ฐ๋๊ฐ ๋์๋ค. ์ฐ๋ ํ๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ ๊ฐ๋๋ ๊ธฐ์กด์ ์ํญ์ ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ์ ๋นํด์ ๋ฎ์๋ค. ๋ํ ํ๋จ ํ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ์ ๋์ผ๋ก 6์์ง ๋ฐฉ์ธ์ ํ๋จ๋ฉด์ ๊ด์ฐฐํด๋ณธ ๊ฒฐ๊ณผ, ๋์ผ๋ก ๊ณ์ ํ๋ น์๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ์ ๋งบํ ๋์ผ๋ก 6 ์์ง ๋ฐฉ์ธ์์ ํ๋จ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด์ ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ด ํฅ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ํ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ก ๋ฐ์์คํฉ ์ ๋์ผ๋ก ๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์งํ์์ฌ์ ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ ๋ ์คํฉ ์ ํ์จ๊ณผ ๊ตด๊ณก๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ๋์ ๊ฐ์ ๊ฐ์ง๋ค.๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ํ์์ฌ์ ์ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ์ฒ๋ฆฌ๋ฅผ ํ์ฌ ํ๋ฉดํน์ฑ์ ๊ด์ฐฐํ์๊ณ , ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ํ์์ฌ์ ๋ก ๋ฐ์์คํฉ ์ ์ ์ด ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ์ ๊ด์ฐฐํด๋ณด์๋ค. ์คํ๊ฒฐ๊ณผ ๋์ผ๋ก ๊ณ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง ์ฒ๋ฆฌ๋ก ์ธํด ํ์์ฌ์ ํ๋ฉด์ ๋ฐ์์คํฉ์ ๋ฐฉํดํ๋ ๊ด๋ฅ๊ธฐ๋ฅผ ์ ์ดํด์ฃผ๊ณ ์ ํ์ฑ๊ณผ ํํ์ฑ์ ์ํํด์ค๋ค๊ณ ํ๋จ๋๋ค. ๋ํ ๋์์ง ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ๋ ฅ์ผ๋ก ๊ธฐ๊ณ์ ๊ฐ๋๊ฐ ํฅ์๋๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ๋ก ๋์ผ๋ก 6 ๋ฐ์์คํฉ ์ํ์์ฌ์ ์ ์ฌ์ฉ๋๋ ๋ฆฌ์ฌ์ด์ง์ ๋ ๊ธฐ์กด์ ์ํญ์ ํ์์ฌ์ ๋ณด๋ค ๊ณ๋ฉด ๊ฒฐํฉ์ ๊ฐ์ ์ํค๋ฉฐ, ๋ฐ์์คํฉ๋๋ฅผ ํฅ์์์ผ๊ฒฐ์ ์ฑ์ด ๋์ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฅผ ์ ์กฐํ ์ ์๊ณ , ๊ธฐ๊ฒ์ ๊ฐ๋๊น์ง๋์ฌ์ฃผ๋ ๋์ผ๋ก ๊ณ ์ฌ์ด์ง์ ๊ฐ ๊ฐ์ฅ ์ ํฉํ๋ค๊ณ ํ๋จ๋๋ค.
ํ ๊ธฐ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ฐ์ ์์ฌํต์ฌ๊ธฐ์ ๊ฐ๋ฐ์ฌ์ ์์ ์ง์ํ๋10052724 ์ฐ๊ตฌ๊ณผ์ ๋ก ์ํ๋ ๊ฒ์ด๋ฉฐ, ์ง์์ ๋ํด ์ง์ฌ์ผ๋ก ๊ฐ์ฌ๋๋ฆฝ๋๋ค.
REFERENCES
1. Schwartz, M.M., Composite Materials Handbook, 2nd ed.,McGraw-Hill, New-York, 1992.
2. Smith, W.S., Engineered Materials Handbook, vol. 1, ASM Inter-national, Ohio, 1987.
3. Donnet, J.B., and Bansal, R.C., Carbon Fibers, 2nd ed., pp. 95-121, Marcel Dekker, New-York, 1990.
4. Morgan, P., Carbon Fibers and Their Composites. CRC Press,2005.
5. Bauer, R.S., Epoxy Resin Chemistry ACS Advances in Chem-istry Series No. 114, American Chemical Society, WashingtonDC, 1979.
6. Park, S.J., in โInterfacial Forces and Fields: Theory and Appli-cationsโ, ed. By J.P. Hsu, chap. 9, Marcel Dekker, New-York,1999.
7. Fried, J.R., Polymer Science and Technology, pp. 276-287, PrenticeHall, 1995.
8. Mallick, P.K., Fiber-Reinforced Composites; Materials, Manufac-turing, and Design, pp. 23-29, Marcel Dekker, New York andBasel, 1988.
9. Chuang, S.L., Chu, N.J., and Whang, W.T., โEffect of PolyamicAcids on Interracial Shear Strength in Carbon Fiber/aro- MaticThermoplasticsโ, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 41,1990, pp. 373.
10. Subramanian, R.V., et al., โElectrodeposition of a PolymerInterphase in Carbon-Fiber Compositesโ, Polymer Composites,Vol. 7, 1986, pp. 201.
11. Johannson, O.K., Stark, F.O., Vogel, G.E., and Flesichmann,R.M., โEvidence for Chemical Bond Formation at Silane Cou-pling Agent Interfacesโ, Journal of Composite Materials, Vol. 1,1967, pp. 278.
12. Koenig, J.L., and Shih, P.T.K., โRaman Studies of the GlassFiber-Silane-Resinโ, Journal of Colloid and Interface Science, Vol.36, 1971, pp. 247-253.
13. Chung, D.W., Oh, Y.T., and Park, Y.T., โEffect of the Amount ofCatalyst and Chain-Initiator on the Anionic Polymerization ofe-Caprolactam,โ Polymer Korea, Vol. 25, No. 1, 2001, pp. 1-5.
14. Huh, M.Y., Jung, M.H., Park Y.S., Kim, B.J., Kang, M.S.,Holden, P.J., and Yun, S.I., โEffect of Carbon Nanotube Func-tionalization on the Structure and Properties of Poly(3-hydroxybutyrate)/MWCNTs Biocompositesโ, MacromlecularResearch, Vol. 22, No. 7, 2014, pp. 765-722.