Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.10, No.3, 336-342, May, 1999
탄소섬유 표면에의 고분자 전착과 복합재료 물성(II) - MVEMA 및 EMA 계면상을 갖는 탄소섬유 복합재료-
Electrodeposition onto the Surface of Carbon Fiber and Its Application to Composites (II) -CFRC with MVEMA and EMA Interphase-
초록
탄소섬유 복합재료의 계면강도 증가를 위하여 탄소섬유의 표면처리에 대한 많은 연구가 이루어져 왔다. 기존의 상업적인 표면처리의 경우 탄소 섬유 표면 산화처리 후 수분산성 에폭시계 유기화합물을 코팅 (사이징처리)하여 탄소섬유에 에폭시 기지와의 상용성과 취급 용이성을 부여하고 있다. 이러한 재료로 제조된 탄소섬유 복합재료는 높은 층간 전단 강도를 나타내나 충격강도는 다소 낮은 특성을 가지고 있다. 본 연구에서는 탄소섬유 표면 산화 처리 후 기존의 사이징 처리 대신에 반응성과 유연성이 있는 계면상 (interphase)을 도입하여 복합재료의 층간전단강도와 충격강도를 향상시키고자 하였다. 탄소섬유의 전기전도성을 이용하여 이온화가능하고 연성을 가진 고분자인 MVEMA (poly (methyl vinyl ether -co- maleic anhydride))와 EMA (poly (ethylene -co- maleic anhydride))를 수용액상에서 탄소섬유 표면에 전착 시키는 방법을 사용하였다. 전착에 의해 MVEMA 또는 EMA가 0.1∼0.2 μm 두께로 얇게 코팅된 탄소섬유, 상용의 탄소섬유, 사이징처리를 하지 않은 탄소섬유로 복합재료를 제조하여 물성을 비교 평가하였다. 계면상의 두께가 얇을수록 층간전단강도가 증가하였으며, 충격강도는 감소하였는데, 계면상의 최적두께는 0.1 μm 정도였다. MVEMA 계면상을 도입한 경우가 상업적으로 표면처리 한 경우보다 층간전단강도의 경우 약 20% 정도 증가하였고 Izod 충격강도의 경우 약 50% 정도 증가하였다. MVEMA 계면상을 도입한 경우 복합재료의 흡습률이 높았다.
Various surface treatment techniques can be applied onto the surface of carbon fibers to increase interlaminar shear strength (ILSS). In a commercial treatment, first, surface of carbon fiber was oxidized, after that, a sizing agent was coated to improve handleability and adhesion to the matrix. Carbon fiber reinforced composites (CFRC) which is made of these fibers show excellent ILSS but show low values of impact strength. In this study, reactive and ductile interphase was introduced between fiber and matrix to increase both the ILSS and impact strength. By using electric conductivity of carbon fibers, flexible polymers which have ionizable group, i.e., MVEMA and EMA, were coated onto the surface (oxidized) of carbon fiber by the technique of electrodeposition. ILSS and impact strength of composites were evaluated according to the surface treatments, i.e., commercial sizing treatment, interphase introduction, and without sizing treatment. Izod impact strength and ILSS of CFRC were simultaneously improved in the thickness range of 0.08∼0.12 μm of MVEMA interphase. Water resistance of the composites was decreased by introducing MVEMA interphase.
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