Original article Appl. Chem. Eng., Vol. 24, No. 4, August 2013, 363-369 363 탄소섬유의 오존처리가 나일론 6 기지 복합재료의 크랙저항에 미치는 영향 한 웅* , **⋅최웅기*⋅안계혁*⋅김홍건**⋅강신재* , ***⋅김병주* ,† *한국탄소융합기술원 연구개발본부, **전주대학교 탄소융합공학과, ***전북대학교 기계설계공학부 (2013년 2월 8일 접수, 2013년 3월 9일 심사, 2013년 4월 10일 채택) Effects of Crack Resistance Properties of Ozone-treated Carbon Fibers-reinforced Nylon-6 Matrix Composites Woong Han* , **, Woong-Ki Choi*, Kay-Hyeok An*, Hong-Gun Kim**, Shin-Jae Kang* , ***, and Byung-Joo Kim* ,† *R&D Center, Korea Institute of Carbon Convergence Technology, Jeollabuk-do 561-844, Korea **Department of Carbon Fusion Engineering, Jeonju University, Jeollabuk-do 560-759, Korea ***Department of Mechanical Design Engineering, Jeonbuk University, Jeollabuk-do 561-756, Korea (Received February 8, 2013; Revised March 9, 2013; Accepted April 10, 2013) 본 실험에서는 탄소섬유의 오존처리가 탄소섬유 강화 나일론6 매트릭스 복합 재료의 기계적 계면 특성에 미치는 영향을 관찰하였다. 오존처리는 농도에 따라 각각 30 min씩 처리하였으며, 오존처리된 탄소섬유의 표면 특성은 적외선 분광법 (Fourier transform infrared spectroscopy; FT-IR)과 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy; XPS)으로 측정하 였다. 기계적 계면 물성은 임계응력 세기 인자(Critical stress intensity factor; KIC)를 통하여 알아보았으며, 파단실험 후 파단면은 주사전자현미경을 통해 관찰하였다. 실험결과, 탄소섬유를 오존처리함에 따라 탄소섬유 표면의 O1s/C1s 비율이 증가하였고, 이는 탄소섬유 표면의 산소관능기 발달에 따른 것으로 보여진다. 또한, 오존처리된 탄소섬유 강화 복합 재료는 미처리된 탄소섬유강화 복합재료보다 높은 KIC와 값을 보여주었다. 이러한 결과는 탄소섬유의 오존처리가 탄소 섬유와 나일론6 기지 사이의 계면결합력의 증대를 유도하여 복합재료의 기계적 계면강도가 증가된 것으로 판단된다. In this work, the effects of ozone treatments on mechanical interfacial properties of carbon fibers-reinforced nylon-6 matrix composites were investigated. The surface properties of ozone treated carbon fibers were studied by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Mechanical interfacial properties of the composites were investigated using critical stress intensity factor (KIC). The cross-section morphologies of ozone-treated carbon fiber/nylon-6 composites were observed by scanning electron microscope (SEM). As a result, KIC of the ozone-treated carbon fibers-re- inforced composites showed higher values than those of as-received carbon fibers-reinforced composites due the enhanced O1s/C1s ratio of the carbon fiber by the ozone treatments. This result concludes that the mechanical interfacial properties of nylon-6 matrix composites can be controlled by suitable ozone treatments on the carbon fibers. Keywords: carbon fibers, ozone treatments, mechanical interfacial properties 1. 서 론 1) 탄소섬유는 고강도 , 고탄성 등 우수한 기계적 물성과 높은 열적 특성과 높은 전기 전도도를 가지는 첨단소재로서 탄소섬유강화 플라스틱 (carbon fiber reinforced plastics, CFRP)으로 많이 사용되고 있다. 탄소 섬유강화 플라스틱은 피로 내구성이 우수하고 전기특성에서도 뛰어 나 응용 분야가 점점 확대되고 있으며, 그 중에서도 자동차, 신재생 에너지, 조선해양, 의료 및 스포츠 분야 등에서 기대가 높아 많이 사 † Corresponding Author: Korea Institute of Carbon Convergence Technology R&D Center 750-1, 2-ga, Palbok-dong, Jeonju, Jeollabuk-do 561-844, Korea Tel: +82-63-219-3713 e-mail: [email protected]pISSN: 1225-0112 @ 2013 The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry. All rights reserved. 용되고 있다[1-3]. 이러한 탄소섬유 강화 복합재료의 기계적 물성은 보강재인 섬유나 매트릭스의 각각 고유물성에 좌우되지만, 그들 상호간의 계면특성에 의해서도 크게 결정된다[4,5]. 일반적으로 표면처리 하지 않은 탄소섬 유를 이용한 복합재료는 낮은 계면결합력을 갖는 것으로 알려져 있으 며, 때문에 탄소섬유와 매트릭스 사이의 계면 결합력을 향상시키기 위하여 매트릭스의 개질과 더불어 탄소섬유에 대한 표면처리가 수반 될 필요가 있다. 이는 탄소섬유 표면의 표면적과 관능기를 증가시켜 섬유와 기지 사이의 결합력을 개선시켜 주는 것으로 알려져 있다 [2,6,7]. 대표적인 표면처리법은 액상산화법과 기상산화법이 있으며, 이러한 산화방법의 주된 목적은 탄소섬유 표면의 표면적과 다양한 관능기를 증가시켜 섬유와 기지 사이의 결합력을 개선시켜 주는 것으로 알려져 있다[8-11].
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Effects of Crack Resistance Properties of Ozone-treated Carbon … · 2014-08-13 · In this work, the effects of ozone treatments on mechanical interfacial properties of carbon fibers-reinforced
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