KR102317967B1 - 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법 - Google Patents

아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102317967B1
KR102317967B1 KR1020190102411A KR20190102411A KR102317967B1 KR 102317967 B1 KR102317967 B1 KR 102317967B1 KR 1020190102411 A KR1020190102411 A KR 1020190102411A KR 20190102411 A KR20190102411 A KR 20190102411A KR 102317967 B1 KR102317967 B1 KR 102317967B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon fiber
aramid
composite material
reinforced composite
fiber reinforced
Prior art date
Application number
KR1020190102411A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210022960A (ko
Inventor
양철민
구민예
김민국
나원진
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020190102411A priority Critical patent/KR102317967B1/ko
Publication of KR20210022960A publication Critical patent/KR20210022960A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102317967B1 publication Critical patent/KR102317967B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/10—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material characterised by the additives used in the polymer mixture
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/005—Reinforced macromolecular compounds with nanosized materials, e.g. nanoparticles, nanofibres, nanotubes, nanowires, nanorods or nanolayered materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/046—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with synthetic macromolecular fibrous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/003—Additives being defined by their diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/016—Additives defined by their aspect ratio

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

본 명세서에 개시된 탄소섬유 강화 복합소재 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지; 및 탄소섬유;를 포함하고, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지는 상기 탄소섬유에 함침된 것으로서, 댐핑 특성 및 충격 특성이 우수하다.

Description

아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법 {CARBON FIBER REINFORCED COMPOSITE REINFORCED WITH ARAMID NANOFIBERS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 명세서에는 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법이 개시된다.
많은 연구자들이 각 응용 분야에 적합한 CFRP의 특성을 개선하기 위해 노력해 왔다. 군용 장비, 자동차, 항공기, 스포츠 용품, 풍력 터빈 블레이드, 압력용기, 우주선 부품 등을 포함하는 많은 공학 구조물이 CFRP로부터 만들어졌다. 그러나 CFRP 부품은 정상 작동 중에도 진동으로 인한 손상을 입기 쉽다. 이는 탄소섬유 (carbon fiber, CF)의 빈약한 점탄성 특성 및 CF와 매트릭스의 계면에서의 열악한 감쇠로 인한 댐핑 계수 (damping factor)가 낮기 때문이다. 또한 고강성 소재는 낮은 댐핑 (damping) 특성을 나타내는 것이 일반적이다. 또 다른 문제는 마이크로 스케일 크랙이나 CFRP에 보이드 (void)가 존재할 때 이러한 결함이 진동에 의해 급격히 악화된다는 것이다. 댐핑 특성은 내충격성과도 관련이 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해, CFRP의 댐핑 특성을 향상시키기 위한 몇 가지 제안이 연구되었다. 한 가지 주목할만한 방법은 나노 물질을 CFRP 매트릭스에 삽입하는 것이다. 나노 스케일 필러는 나노 스케일 필러와 폴리머 매트릭스 사이에 슬라이딩이 있을 때 마찰을 일으킬 수 있다. 또한, 나노 물질은 CF, 매트릭스 및 나노 필러 사이의 특정 하중 (load) 전달에 있어서, 역할을 수행할 수 있다. 이는 에너지 소산 (energy dissipation)에 의한 재료의 댐핑 특성 (damping property)을 향상시킬 수 있다.
특히, 탄소나노튜브 (carbon nanotube, CNT)는 표면-대-체적 비율 (surface-to-volume ratio)이 크고 내재된 특성이 우수한 반면, 고분자 수지나 용매내에서의 분산성이 매우 낮다. 그러한 CNT의 낮은 분산성을 향상시키기 위해 표면에 기능기를 도입할 경우 이로 인한 표면 결함에 의해 복합소재의 물성이 감소할 수 있을 뿐 아니라, CNT 표면처리 공정 추가에 따른 제조원가 상승의 원인이 되고 있다.
따라서, CNT 외에 CFRP의 댐핑 특성 및 충격 특성을 향상시킬 수 있는 물질의 개발이 필요한 실정이다.
Yang, M.; Cao, K. Q.; Sui, L.; Qi, Y.; Zhu, J.; Waas, A.; Arruda, E. M.; Kieffer, J.; Thouless, M. D.; Kotov, N. A., Dispersions of Aramid Nanofibers: A New Nanoscale Building Block. ACS Nano 2011, 5 (9), 6945-6954.
일 측면에서, 본 발명의 목적은 댐핑 특성 및 충격 특성이 우수한 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 구현예에서는 아라미드 나노섬유 (aramid nanofiber, ANF)가 분산된 열경화성 수지; 및 탄소섬유;를 포함하고, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지는 상기 탄소섬유에 함침된 것인, 탄소섬유 강화 복합소재를 제공한다.
본 발명의 또다른 예시적인 구현예에서는 전술한 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법으로서, 아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 나노섬유를 제조하는 단계; 아라미드 나노섬유를 열경화성 수지에 분산시키는 단계; 및 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계;를 포함하는 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법을 제공한다.
일 측면에 있어서, 본 명세서에 개시된 탄소섬유 강화 복합소재는 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시킴으로써, 댐핑 특성 및 충격 특성이 향상된 탄소섬유 강화 복합소재를 제공한다.
또다른 일 측면에 있어서, 본 명세서에 개시된 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법은 간단한 방법으로 기존 마이크로 스케일의 아라미드 섬유의 특성을 유지하는 아라미드 나노섬유를 제조하고, 이를 탄소섬유 강화 복합소재에 사용되는 매트릭스에 강화제로 사용하여, 댐핑 특성 및 충격 특성이 우수한 탄소섬유 강화 복합소재를 제조할 수 있다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 아라미드 나노섬유가 분산된 에폭시 수지 (1a) 및 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 분산된 에폭시 수지 (1b)의 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 성형 공정의 도식 및 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 강화 복합소재의 경화 주기를 나타낸 그래프이다.
도 4a 내지 4d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 미터 크기의 단일 아라미드 섬유 (4a), 아라미드 나노섬유 다발 (4b), 나노 미터 크기의 단일 아라미드 나노섬유 (4c), 및 다중벽 탄소나노튜브 다발 (4d) 의 SEM 이미지이다.
도 5a 내지 5d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유에 대한 XRD 스펙트라 (5a), 아라미드 섬유와 아라미드 나노섬유의 라만 스펙트라 (5b), 1200 ~ 1800 cm- 1 의 파수를 갖는 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유의 IR 흡광도 스펙트럼 (5c) 및 2800 ~ 3800 cm-1의 파수를 갖는 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유 (5d)의 IR 흡광도 스펙트럼의 특징적인 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 6d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 및 함침된 에폭시 수지만으로 제조된 탄소섬유 강화 복합소재의 저배율 파단면 (6a), 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유의 절개 단면을 보여주는 고배율 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면 (6b), 아라미드 나노섬유 (직사각형 내) 및 탄소섬유 (우측면)를 나타내는 0.25 wt % 아라미드 나노섬유를 갖는 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면 (6c), 및 분산된 다중벽 탄소나노튜브와 탄소섬유 (하부)를 나타내는 0.25 wt %의 다중벽 탄소나노튜브를 갖는 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면 (6d)의 SEM 이미지이다.
도 7a 내지 7c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재(Neat CFRP), 강화된 탄소섬유 강화 복합소재(ANF 0.25 wt%) 및 다중벽 탄소나노튜브를 갖는 탄소섬유 강화 복합소재(MWCNT 0.25 wt%)의 tan δ(7a), 저장 탄성률 (7b) 및 손실 계수 (7c) 를 보여주는 동적 기계적 분석 (DMA, dynamic mechanical analysis) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재(Neat CFRP)와 강화된 탄소섬유 강화 복합소재(ANF 0.25 wt%) 및 다중벽 탄소나노튜브를 갖는 탄소섬유 강화 복합소재(MWCNT 0.25 wt%)의 충격 강도를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 “아라미드 섬유”란 아라미드 중합체로부터 제조된 모든 형태의 섬유를 의미하며, 그 예로, 아라미드 필라멘트 또는 아라미드 방적사가 있다.
탄소섬유 강화 복합소재( CFRP )
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지; 및 탄소섬유;를 포함하고, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지는 상기 탄소섬유에 함침된 것인, 탄소섬유 강화 복합소재를 제공한다.
아라미드 나노섬유 (aramid nano fibers, ANFs)란 아라미드 섬유를 나노화한것으로, 풍부한 기능성 아미드 그룹과 높은 표면-대-체적 비율(surface-to-volume ratio)을 가지고 있으며, 댐핑 특성 등 아라미드 섬유의 전형적인 특성을 유지하는 것으로 알려져 있다.
일반적으로, 탄소나노튜브의 경우 그 자체적으로 기능기가 없기 때문에 강제적으로 기능기(카르복실기, 하이드록시기 등)를 도입하게 되는데, 이는 탄소나노튜브에 결함을 줄 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 구현예에서 사용되는 아라미드 나노섬유는 자체적으로 기능기를 가지는 장점이 있다.
또한, 탄소섬유 강화 복합소재의 매트릭스 수지가 차지하는 공간이 매우 좁아 (약 10 ㎛의 직경을 갖는 탄소섬유가 배향되어 있고 그 섬유와 섬유 사이를 매트릭스 수지가 차지하고 있음), 마이크로 스케일의 필러의 함침은 어려우나, 본 발명의 일 구현예에서 사용되는 나노스케일의 필러는 함침이 가능하다.
따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 탄소섬유 강화 복합소재는, 도 1a와 같이, 나노 소재이면서도 동시에 아라미드 섬유의 전형적인 특성을 유지하는 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유 강화 복합소재의 매트릭스 수지로 사용하여, 종래 탄소섬유 복합소재와 비교하여 댐핑 특성 및 충격 특성이 우수하다.
예시적인 구현예들에 있어서, 상기 열경화성 수지는 비스말레이미드 수지, 비닐에스터 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 폴리이미드 수지, 페놀 수지 또는 에폭시 수지일 수 있고, 바람직하게는 에폭시 수지일 수 있다.
예시적인 구현예들에 있어서, 열경화성 수지 내 아라미드 나노섬유의 함량은 0.05 내지 1 중량%일 수 있고, 예컨대, 열경화성 수지 및 경화제 총 중량 기준으로 0.10 중량% 이상, 0.15 중량% 이상, 또는 0.20 중량% 이상일 수 있고, 0.90 중량% 이하, 0.80 중량% 이하, 0.70 중량% 이하, 0.60 중량% 이하, 0.50 중량% 이하, 0.45 중량% 이하, 0.40 중량% 이하, 0.35 중량% 이하, 또는 0.30 중량% 이하일 수 있다.
상기 함량이 0.05 중량% 미만인 경우 댐핑 특성 등이 저하될 수 있고, 1 중량% 초과인 경우 에폭시 내 함량이 과도하게 높아 아라미드 나노섬유가 분산된 에폭시의 점도가 매우 증가하여 탄소섬유 내에 함침이 불가능할 수 있다.
예시적인 구현예들에 있어서, 상기 아라미드 나노섬유의 직경은 50 내지 300 nm일 수 있다.
예시적인 구현예들에 있어서, 아라미드 나노섬유의 종횡비 범위는 1:5 내지 1:50일 수 있다.
예시적인 구현예들에 있어서, 상기 아라미드 나노섬유는 파라계 아라미드 (para-aramid) 나노섬유일 수 있고, 예컨대 듀폰사에서 개발된 케블라 (Kevlar)일 수 있다.
파라계 아라미드는 벤젠고리가 파라 위치에서 아미드기와 결합된 것으로, 분자쇄가 뻣뻣하고 선상 구조를 가지므로, 강도가 매우 높고 탄성률이 높아 충격을 흡수하는 성능이 우수하다. 이에 파라계 아라미드는 방탄복, 방탄 헬멧, 안전용 장갑이나 부츠, 소방복에 사용되며, 테니스 라켓, 보트, 하키용 스틱, 낚시줄, 골프클럽 등의 스포츠 기구 재료로, 또한 산업용으로는 섬유강화 복합소재 (Fiber Reinforced Plastic, FRP), 석면 대체용 섬유 등에 사용될 수 있고 바람직하게는 탄소섬유 강화 복합소재 (carbon fiber-reinforced polymer composites, CFRP)에 사용될 수 있다.
열경화성 수지의 경우, 일반적으로 탄소섬유 강화 복합소재의 매트릭스 수지로 사용되는 것이면 제한되지 않으며, 바람직하게는 에폭시 수지일 수 있고, 에폭시 수지는 Bisphenol-A형 YD-128, 경화제는 Jeffamine D-230일 수 있다.
탄소섬유로서는 아크릴계, 피치계, 레이온계 등의 탄소섬유를 들 수 있고, 그 중에서도 인장강도가 높고 탄소섬유 강화 복합소재용 강화섬유로 가장 많이 이용되어 오고 있는 아크릴계의 탄소섬유, 특히 폴리아크릴로니트릴 (PAN)계 탄소섬유가 바람직하게 사용된다.
이들 섬유를 2종 이상 혼합해서 사용해도 관계없다. 탄소섬유의 형태로서는 특별하게 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 일방향으로 정렬된 장섬유 혹은 연속섬유, 토우, 직물, 매트, 니트, 꼰끈, 10 ㎜ 미만의 길이로 자른 단섬유 등이 사용된다. 여기에서 말하는 장섬유 혹은 연속섬유란 실질적으로 10 ㎜ 이상 연속한 단섬유 혹은 섬유다발을 말한다. 또한, 단섬유란 10 ㎜ 미만의 길이로 절단된 섬유다발을 말한다.
예시적인 구현예들에 있어서, 상기 탄소섬유는 탄소섬유 직물(woven carbon fiber)일 수 있다. 탄소섬유 직물을 사용하는 경우, 네트 구조이기 때문에 내충격 특성은 크게 향상되지만 불균질하고 또한 이방성을 갖는 직물을 사용하기 때문에 온도 변화, 흡습 경시 변화가 국소적으로 다르고, 표면 부근에 마이크로 크랙이 발생한다는 문제가 있다.
탄소섬유 외에 아라미드 섬유, 바잘트 섬유, 유리섬유 등의 산업용 섬유를 사용할 수 있으나, 본 발명의 일 구현예에서 탄소섬유를 사용한 이유는 가장 강도가 높고 경량화 효과가 우수하고, 산업용으로 사용하고자 하는 시도가 활발하기 때문이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 탄소섬유 강화 복합소재의 경우, 탄소섬유 직물을 사용하지만, 강화제로 아라미드 나노섬유를 사용함으로써 외부의 힘이 가해졌을 때, 열경화성 수지 내에서 매트릭스와 강화제가 마찰을 일으켜 외부 에너지를 효율적으로 소산시키므로, 내충격성 및 댐핑 특성이 우수하다.
탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 전술한 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법으로서, 아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 나노섬유를 제조하는 단계; 아라미드 나노섬유를 열경화성 수지에 분산시키는 단계; 및 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계;를 포함하는 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 아라미드 섬유로부터 탈양자화 및 용해 공정을 통하여, 간단한 방법으로 아라미드 섬유의 풍부한 극성 기능기와 같이 실질적인 화학 구조를 유지하는 아라미드 나노섬유를 수득하고, 이를 열경화성 수지에 분산시킨 후, 탄소섬유에 함침시킴으로써 (핸드 레이 업 공정, 진공 성형 공정), 간단한 방법으로 탄소섬유 강화 복합소재를 제조할 수 있다 (도 2).
예시적인 구현예에서, 아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 나노섬유를 제조하는 단계는, 아라미드 섬유를 수산화 칼륨 (KOH) 및 디메틸 설폭사이드 (DMSO)를 포함하는 용액에 첨가하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 아라미드 섬유의 용해는 용해도가 낮기 때문에 일반적인 용제를 사용하여 용해하기가 어렵다. 그러나, DMSO에서의 KOH는 마이크로 스케일에서 나노 스케일 섬유로의 용해에 핵심적인 역할을 할 수 있다. H 원자는 아라미드 섬유 / KOH / DMSO 용액에서 KOH에 의해 >NH기로부터 추출되었다고 가정된다. 이러한 탈양성자화 (deprotonation) 공정은 수소 결합의 강도가 감소하기 때문에 분자간 수소 결합 효과를 감소시킨다.
또한, 용해 공정은 정전기적 반발을 증가시킨다. 백본의 π-π 스태킹의 평형화, 정전기적 반발력 및 소수성 인력은 나노 섬유 치수 (nano-fiber dimensions)를 제어한다.
결과적으로, 풍부한 아미드 작용기를 가지고, 직경이 나노미터 단위인 아라미드 나노섬유는, 복합소재의 매트릭스 또는 필러로서 사용될 때 복합소재의 강도 (strength), 탄성율 (modulus), 열 안정성 (thermal stability), 열 전도성 (thermal conductivity) 및 내충격성 (impact resistance)을 향상시킬 것으로 기대된다.
예시적인 구현예에서, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계는, 간접성형법인, 탄소섬유 필라멘트나 직물에 미리 수지를 함침하여 중간재 (prepreg)를 제조하는 공정, 이렇게 제조된 중간재(prepreg)를 이용한 다양한 성형공정 (프레스 성형, 오토클레이브 성형, 진공 성형 공정 등)에 의하여 수행될 수 있고, 직접성형법인 핸드 레이 업 성형, 수지이송성형 (resin transfer molding, RTM), 진공 수지이송성형 (vacuum assisted resin transfer molding), 인발 성형 (pultrusion), 필라멘트 와인딩 성형 공정 등에 의해 수행될 수 있다.
다만, 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지는 그렇지 않은 열경화성 수지보다 점도가 높아, 바람직하게는 핸드 레이 업 방식 (hand-ray up method) 에 의하여 수행될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법은, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계 이후, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 경화하는 단계;를 더 포함하고, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 경화하는 단계는 진공 성형 공정 (vacuum bagging process)에 의하여 수행될 수 있다.
상기 진공 성형 공정을 이용하는 경우, 진공을 잡아주면서 경화사이클이라 불리는 온도를 단계적으로 수행할 수 있으므로, 아라미드 나노섬유가 강화된 에폭시를 효율적으로 탄소섬유 직물에 함침시킬 수 있다.
이하의 실시를 통하여 본 발명은 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예에서 사용된 3000 필라멘트 카운트 토우 (3000 filament count tows)의 폴리아크릴로니트릴계 (Polyacrylonitrile-based, PAN-based) 탄소섬유 직물 (woven CF, T300)을 Toray Inc.에서 구입하였다. 아라미드 섬유 (aramid fiber, Kevlar 49)는 DuPont, Inc.에서 구입하였다. 디메틸설폭사이드 (DMSO) 및 수산화칼슘 (KOH)은 Daejung Chemicals & Metals Co., Ltd.에서 구입하였다. 다중벽 탄소나노튜브 (MWCNT)는 Kumho Petrochemical Inc.에서 구입하였다. 에폭시 수지는 Bisphenol-A 형인 YD-128로 Kukdo Chemical Inc.에서 구입하였다. 에폭시 수지의 경화제로 사용된 Jeffamine D-230는 Huntsman International, LLC.에서 구입하였다.
5 ㎜ 길이로 절단된 1 g의 아라미드 섬유 및 1.5 g의 KOH를 500 ㎖의 DMSO에 첨가하였다. 진한 적색 용액이 얻어질 때까지 실온에서 1 주간 교반하였다. 그런 다음 500 ml 탈이온수 (DI water)를 아라미드 나노섬유 용액에 붓고 80 ℃에서 2 시간 동안 가열하여 용액으로부터 아라미드 나노섬유를 추출하였다. 침전된 아라미드 나노섬유를 탈이온수로 수회 세척하고, 진공 여과를 이용하여 pH 7이 달성될 때까지 KOH 및 DMSO를 제거하였다. 얻어진 아라미드 나노섬유를 아세톤과 혼합하였고, 이 과정에서 아세톤에서의 아라미드 나노섬유 용액을 얻을 수 있었다.
이어서, 에폭시 수지를 아라미드 나노섬유 / 아세톤 용액에 첨가하여 에폭시 수지에 아라미드 나노섬유를 분산시켰다. 에폭시 수지 / 아라미드 나노섬유 / 아세톤 혼합물을 120 ℃에서 밤새 교반하여 아세톤을 완전히 제거하였다. 마지막으로 탄소섬유 강화 복합소재 매트릭스에 사용할 아라미드 나노섬유 / 에폭시 수지를 얻었다.
아라미드 나노섬유의 효과를 다중벽 탄소나노튜브 (MWCNT)의 효과와 비교하기 위하여, 다중벽 탄소나노튜브도 동일한 공정을 사용하여 에폭시 수지에 분산하였다. 에폭시 수지에 분산된 아라미드 나노섬유와 다중벽 탄소나노튜브를 도 1a 및 1b에 나타내었다.
그 후, 페이스트 혼합기를 사용하여 이들 에폭시 수지에 경화제를 첨가하고 혼합하였다 (에폭시 수지 : 경화제 = 7 : 3, 중량 분율 (weight fraction)). 필러의 중량 분율은 아라미드 나노섬유의 경우 에폭시 수지 및 경화제 총 중량을 기준으로 0.25 중량%이고 다중벽 탄소나노튜브의 경우 에폭시 수지 및 경화제 총 중량을 기준으로 0.25 중량% 였다.
그런 다음 탄소섬유 강화 복합소재의 시편은 핸드 레이 업 방법 (hand-ray up method)과 진공 성형 공정 (vacuum bagging process)으로 제작되었다. 핸드 레이 업 방법은 아라미드 나노섬유가 분산된 에폭시의 점도가 높기 때문에 선택하였다. 또한, 진공성형 공정은 B(β)-스테이지 구간에서 에폭시 점도를 낮춰 탄소섬유 직물 (woven CF)에 잘 함침되도록 설계했으며, 완전 경화 구간에서 완벽하게 경화되었다. 구체적인 공정은 도 2에 나타내었으며, 경화 사이클은 도 3에 나타내었다.
도 3의 그래프를 참조하면, B-stage 에서 80 ℃에서 30분 90 ℃에서 30분으로 설정하였는데, 이는 B-stage에서 아라미드 나노섬유가 강화된 에폭시의 점도가 낮아지면서 탄소섬유 직물에 잘 함침될 수 있고, 더 나아가 압력에 의해 불필요한 아라미드 나노섬유가 함유된 에폭시가 제거될 수 있기 때문이다. Curing state는 B-stage가 끝난 후, 완벽하게 경화를 시키는 단계이다.
시편은 동적 기계적 분석 (DMA)의 경우, 12.8×60×3.2 mm3 로 제작하였고, ASTM D256 기초한 izod 충격 시험의 경우, 12.7×63.5×3.2 mm3로 제작하였다.
시험예
< 아라미드 나노섬유>
전계방출 주사 전자현미경 (FE- SEM )
전압 5 kV의 전계 방출 주사 전자 현미경 (field-emission scanning electron microscope, FE-SEM, Nova NanoSEM 450, FEI Inc., OR, USA)을 사용하여 파단면 (fractured surfaces)을 관찰하였다. 액체 질소 처리 후에, 파쇄된 표면의 샘플을 절단하였다.
도 4a에 도시된 바와 같이 단일 아라미드 섬유의 직경은 약 10 ㎛이다. 아라미드 섬유에서 분리된 아라미드 나노섬유 다발은 도 4b에 나타내었다. 아라미드 나노섬유의 직경은 50 nm에서 300 nm 범위였다. 길이는 수 마이크로 미터가 될 것으로 예상된다. 212 nm의 직경을 보여주는 단일 아라미드 나노섬유는 도 4c에 나타내었다. 다중벽 탄소나노튜브는 도 4d에 나타내었고, 이를 통해 아라미드 나노섬유와 다중벽 탄소나노튜브의 직경을 비교하면, 본 실험에서 제조된 아라미드 나노섬유의 직경은 다중벽 탄소나노튜브의 직경보다 크다는 것을 확인할 수 있다.
아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유의 화학적 구조
도 5a와 같이, 0.1541 nm 파장, 45 kV 관 전압 (tube voltage), 200 mA 전류, 10 °/ min 스캔 속도 및 스캔 범위 (2θ) 15°-30° 에서 Cu Ka 방사선을 이용하여, XRD (SmartLab, Rigaku Inc.)로 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유의 결정 구조를 조사하였다.
아라미드 섬유의 특징적인 피크는 21.2° (110)와 23.4° (200)의 2θ 값으로 나타났다. 아라미드 나노섬유의 경우, 아라미드 섬유의 마이크로 스케일이 아라미드 나노섬유의 나노 스케일로 나뉘기 때문에 (110)의 넓은 피크가 나타났다. 또한, 아라미드 섬유의 용해 과정에서, 가수 분해 과정에 의한 결정성의 손실로 인하여 (200)의 피크는 거의 사라졌다. 이는 수소결합이 깨지면서, 마이크로 스케일인 아라미드 섬유에서 나노 스케일인 아라미드 나노섬유로 분해되면서 나타나는 특징적인 결과로 추정된다.
도 5b와 같이, 라만 스펙트럼은 532 nm 레이저 및 1 μm2의 스폿 영역을 갖는 라만 분광기 (Renishaw Inc.)에 의해 측정되었다.
도 5b를 참조하면, 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유의 라만 스펙트럼은, 각각 1181.1, 1275.62, 1516.88, 1680.94 cm-1 (C-C 링 스트레칭), 1323.61 cm-1 (C-H 평면 (in-plane) 벤딩), 1649.69 cm-1 (Amide Ⅰ [80% C=O 스트레칭 & 10% C-N 스트레칭 10% N-H 벤딩]), 및 1569.13 cm-1 (Amide Ⅱ [60% N-H 벤딩 & 40% C-N 스트레칭]) 에서 7개의 유사한 밴드를 나타냈다. 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유의 분자 구조는 IR 스펙트럼을 사용하여 증명되었다. 상당히 유사한 주요 피크들이 결과에 나타났다.
도 5c 및 5d와 같이, 적외선 현미경 (Nicolet iN10, Thermo Scientific Inc.)을 사용하여 FT-IR 스펙트럼을 기록하였으며, 상당히 유사한 주요 피크들이 결과에 나타났다.
도 5c 및 5d에 도시된 IR 스펙트럼에서, 아라미드 섬유 및 아라미드 나노섬유는 각각 C-N 스트레칭, C=C 방향족 링의 스트레칭 진동, N-H 변형, C-N 스트레칭, 및 C=O 스트레칭 진동에 대응하는 1319.13, 1515.84, 1542.84, 1650.84, 및 3328.67 cm-1에서 전형적인 피크를 나타냈다. 이를 통해 아라미드 섬유와 아라미드 나노섬유의 분자 구조가 거의 동일하고, 다시 말해, 탈양자화 및 용해 과정을 거쳐 마이크로 스케일에서 나노 스케일로 분리되더라도 아라미드 섬유의 실질적인 화학 구조가 아라미드 나노섬유에서 유지된다는 것을 확인하였다.
< 탄소섬유 강화 복합소재 ( CFRP )>
전계방출 주사 전자현미경 (FE- SEM )
탄소섬유 강화 복합소재에서 나노 필러 (아라미드 나노섬유 또는 다중벽 탄소나노튜브)가 적절히 함침 및 분산되었는지 확인하기 위해, 전압 5 kV의 전계 방출 주사 전자 현미경 (field-emission scanning electron microscope, FE-SEM, Nova NanoSEM 450, FEI Inc., OR, USA)을 사용하여, 나노 필러 (아라미드 나노섬유 또는 다중벽 탄소나노튜브로 보강된 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면을 조사하였다. 액체 질소에 의해 처리된 시편의 파단면의 확대도를 도 6a-6d에 나타내었다. 이를 통하여, 에폭시가 직조된 탄소섬유 (woven CF)에 잘 함침되었음을 확인할 수 있다.
도 6a-6d를 참조하면, 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 직물 (woven CF) 및 함침된 에폭시 수지만으로 제조된 탄소섬유 강화 복합소재의 저배율 파단면 (6a), 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유의 절개 단면을 보여주는 고배율 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면 (6b), 아라미드 나노섬유 (직사각형 내) 및 탄소섬유 (우측면)를 나타내는 0.25 wt % 아라미드 나노섬유를 갖는 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면 (6c), 및 분산된 다중벽 탄소나노튜브와 탄소섬유 (하부)를 나타내는 0.25 wt%의 다중벽 탄소나노튜브를 갖는 탄소섬유 강화 복합소재의 파단면 (6d)을 확인할 수 있다.
이를 관찰한 결과, 탄소섬유 사이에 에폭시 수지가 기공없이 함침되었음을 알 수 있고, 아라미드 나노섬유가 에폭시 수지 내에 잘 분산된 것을 확인할 수 있다.
동적 기계적 분석 (DMA)
동적 기계적 분석 (Dynamic Mechanical Analysis, DMA) (DMA Q800, TA instrument Inc.) 테스트는 듀얼 캔틸레버 모드 (dual cantilever mode)에서 30 ~ 120 ℃ (10 ℃ / 분)의 온도 범위에서 실행되었다. 변형 진폭 (strain amplitude)은 1 Hz의 주파수에서 0.2 % 였다.
감쇠 특성은 다양한 동적 구성 요소에서 불필요한 진동 및 소음을 제거하는 역할을 수행하고, Tan δ는 재료의 감쇠력의 중요한 파라미터이다. 이는 변형주기 당 저장 탄성률 (에너지 저장)에 대한 손실 계수 (에너지 손실)의 비율로 정의된다. 저장 탄성률 및 손실 탄성률은 각각 저장된 에너지 및 탄성 에너지를 의미한다.
도 7a는 시편의 주파수가 1 Hz 일 때의 tan δ를 보여준다. 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재는 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재 (neat CFRP)보다 훨씬 높은 tan δ값을 보여준다.
도 7a를 참조하면, 단일 탄소섬유 강화 복합소재 시편, 아라미드 나노섬유를 0.25 중량% 포함하는 아라미드 나노섬유 강화 시편, 및 다중벽 탄소나노튜브를 0.25 중량% 포함하는 다중벽 탄소나노튜브 강화 시편의 경우, 각각 0.56, 0.72, 및 0.68의 tan δ값에 각각 도달하였다.
다중벽 탄소나노튜브로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 경우, tan δ의 결과는 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재와 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 결과 사이에 위치한다. 또한, 저장 탄성률과 손실 계수의 결과는 도 7b와 7c에 나타내었다.
도 7b와 7c를 참조하면, 저장 탄성률 결과는 유리 전이 온도 전에 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재 > 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 > 다중벽 탄소나노튜브로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 순서로 감소하였다. 손실 탄성률의 경우, 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 > 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재 > 다중벽 탄소나노튜브로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 순서로 감소하였다. tan δ는 저장 모듈러스에 대한 손실 계수의 비로 표현되므로, tan δ 결과의 값은 상당히 합리적이다. 아라미드 나노섬유의 풍부한 표면 기능성 아미드 그룹은 경계 슬라이딩 (필러-필러) 및 계면 슬라이딩 (필러-매트릭스)에 영향을 줄 수 있다. 이러한 tan δ 결과를 토대로, 복합소재의 댐핑 특성을 향상시킴으로써, 외부 힘이 가해질 때 에너지 소산 (energy dissipation)으로 이어질 것으로 예상된다.
고분자 매트릭스 내에 함침된 나노 물질은 매트릭스와 나노 필러 사이의 계면 슬라이딩 (interfacial sliding)을 통해 에너지를 소산시키는 기회를 제공하고, 아라미드 나노섬유가 풍부한 표면 기능성 아미드 그룹을 가지고 있기 때문에, 아라미드 나노섬유 / 에폭시 계면에서 강한 마찰이 발생할 것이라는 것을 유추할 수 있다. 결론적으로, DMA 결과를 통하여, 아라미드 나노섬유로 보강된 탄소섬유 강화 복합소재의 댐핑 특성이 극적으로 증가된 것으로 나타났다.
충격 시험
나노 물질로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 내충격성을 이해하기 위해, 충격 시험 (IT504, Tinius Olsen Inc.)은 ASTM D256에 따라 izod 방법으로 측정되었다. 노치 깊이 (notch depth)는 2.54 mm이고 899 충격 시험편 노처 (Tinius Olsen, Inc.)를 사용하여 만들었다. 인가된 에너지는 22.55 J이었고 충돌 길이는 335.0 mm였다.
도 8을 참조하면, 탄소섬유 강화 복합소재의 노치된 시편의 충격 강도가 개선되어, 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재, 0.25 wt% 아라미드 나노섬유 강화 및 0.25 중량 % 다중벽 탄소나노튜브 강화 시편에 대해 각각 386.1, 436.1 및 389.2 J / m에 도달하였다.
그 중 아라미드 나노섬유 필러는 충격 강도가 가장 높은 것으로 나타났다. 다중벽 탄소나노튜브 0.25 wt% 샘플은 아라미드 나노섬유 0.25 wt%보다 낮은 결과를 나타내었다. 이것은 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재가 충격을 받을 때, 아라미드 나노섬유가 나노섬유-매트릭스 스트레스 전달의 기회를 제공한다는 사실에 의해 설명될 수 있다. 풍부한 기능성 그룹을 가진 아라미드 나노섬유는 균열의 전파를 방해하는 역할을 할 수 있다. 또한, 충격 파괴 에너지 (impact fracture energy)의 흡수를 위한 표면적이 증가할 것이다.
동시에, 다중벽 탄소나노튜브로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 경우는 실망스러운 결과를 보여줬다. 에폭시 수지가 기능기를 갖지 않아 다중벽 탄소나노튜브의 분산도가 상대적으로 낮기 때문인 것으로 생각된다. 외력이 시료에 가해질 때, 분산도가 낮은 탄소섬유 강화 복합소재의 나노 필러는 응력 (stress) 집중에 영향을 미쳐 izod 충격 에너지를 감소시킬 수 있다.
종합적으로, 아라미드 나노섬유는 아라미드 섬유 / KOH / DMSO 용액의 제어된 탈양자화 및 용해 공정에 의해 성공적으로 수득할 수 있고, 아라미드 나노섬유는 탈이온수를 이용하여 아라미드 나노섬유 / KOH / DMSO 용액에서 쉽게 추출된다. 또한, 아라미드 나노섬유는 아라미드 섬유의 풍부한 극성 기능기와 같이, 실질적인 화학 구조를 유지할 수 있다.
이러한 아라미드 나노섬유의 장점을 바탕으로, 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 경우, 풍부한 아라미드 나노섬유의 기능기로 인해, DMA 측정 결과에서 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 감쇠 특성이 강화제를 포함하지 않은 탄소섬유 강화 복합소재 및 다중벽 탄소나노튜브로 보강된 탄소섬유 강화 복합소재보다 더 향상되었음을 보여준다.
충격 시험의 결과는 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재의 노치된 시편의 충격 강도가, 나노섬유-매트릭스 응력 전달의 기회를 제공하고 표면적을 증가시킴으로써 충격 에너지를 흡수한다는 사실 때문에, 나머지 탄소섬유 강화 복합소재들의 노치된 시편의 충격 강도보다 높다는 것을 보여준다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지; 및
    탄소섬유;를 포함하고,
    상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지는 상기 탄소섬유에 함침된 것이고,
    열경화성 수지 내 아라미드 나노섬유의 함량은 0.05 내지 1 중량%인, 탄소섬유 강화 복합소재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열경화성 수지는 에폭시 수지인, 탄소섬유 강화 복합소재.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아라미드 나노섬유의 직경은 50 내지 300 nm인, 탄소섬유 강화 복합소재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아라미드 나노섬유의 종횡비는 1:5 내지 1:50인, 탄소섬유 강화 복합소재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 아라미드 나노섬유는 파라계 아라미드 (para-aramid) 나노섬유인, 탄소섬유 강화 복합소재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄소섬유는 탄소섬유 직물 (woven carbon fiber)인, 탄소섬유 강화 복합소재.
  8. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법으로서,
    아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 나노섬유를 제조하는 단계;
    아라미드 나노섬유를 열경화성 수지에 분산시키는 단계; 및
    아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계;를 포함하는 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 나노섬유를 제조하는 단계는, 아라미드 섬유를 수산화 칼륨 (KOH) 및 디메틸 설폭사이드 (DMSO)를 포함하는 용액에 첨가하여 수행되는 것인, 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계는, 핸드 레이 업 방식 (hand-ray up method)에 의하여 수행되는 것인, 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법은,
    상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 탄소섬유에 함침시키는 단계 이후, 상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 경화하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 아라미드 나노섬유가 분산된 열경화성 수지를 경화하는 단계는 진공 성형 공정 (vacuum bagging process)에 의하여 수행되는 것인, 탄소섬유 강화 복합소재의 제조방법.
KR1020190102411A 2019-08-21 2019-08-21 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법 KR102317967B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190102411A KR102317967B1 (ko) 2019-08-21 2019-08-21 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190102411A KR102317967B1 (ko) 2019-08-21 2019-08-21 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210022960A KR20210022960A (ko) 2021-03-04
KR102317967B1 true KR102317967B1 (ko) 2021-10-28

Family

ID=75175039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190102411A KR102317967B1 (ko) 2019-08-21 2019-08-21 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102317967B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12024434B2 (en) 2021-11-01 2024-07-02 Wisconsin Alumni Research Foundation Carbon-based composite materials with enhanced dynamic performance

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114561082B (zh) * 2022-01-27 2023-11-28 武汉理工大学 一种聚酰胺纳米纤维增韧自愈合碳纤维/环氧树脂基复合材料及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019511387A (ja) * 2015-12-30 2019-04-25 ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・ミシガンＴｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｍｉｃｈｉｇａｎ Ａｎｆｓを含むゲル及びナノ複合体

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101408795B1 (ko) * 2010-07-01 2014-06-19 코오롱인더스트리 주식회사 아라미드 복합체의 제조방법
EP2664654A1 (en) * 2011-01-12 2013-11-20 Hodogaya Chemical Co., Ltd. Thermosetting-resin-containing liquid having dispersed fine carbon fibers, and molded thermoset resin obtained therefrom

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019511387A (ja) * 2015-12-30 2019-04-25 ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・ミシガンＴｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｍｉｃｈｉｇａｎ Ａｎｆｓを含むゲル及びナノ複合体

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BRENDAN A ET AL, COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY, VOLUME 161, 2018, PAGES 92_99
서대경 ET AL, TEXTILE COLORATION AND FINISHING VOL.27,NO.1

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12024434B2 (en) 2021-11-01 2024-07-02 Wisconsin Alumni Research Foundation Carbon-based composite materials with enhanced dynamic performance

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210022960A (ko) 2021-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kausar Advances in carbon fiber reinforced polyamide-based composite materials
Green et al. Multiscale fiber reinforced composites based on a carbon nanofiber/epoxy nanophased polymer matrix: synthesis, mechanical, and thermomechanical behavior
US8283403B2 (en) Carbon nanotube-reinforced nanocomposites
TWI601771B (zh) 傳導性纖維強化聚合物複合物及多功能複合物
Rana et al. Development of carbon nanofibre incorporated three phase carbon/epoxy composites with enhanced mechanical, electrical and thermal properties
CN104736614B (zh) 具有增强界面相的纤维增强高模量聚合物复合体
JP5117779B2 (ja) 複合材料
US20120282453A1 (en) Carbon nanotube composites and methods and apparatus for fabricating same
US8470946B1 (en) Enhanced strength carbon nanotube yarns and sheets using infused and bonded nano-resins
US20040041128A1 (en) Flexible polymer element as toughening agent in prepregs
US20090162653A1 (en) Carbon fiber bundle, prepreg, and carbon fiber reinforced composite
CN104884511B (zh) 具有硬界面相的纤维增强聚合物复合体
KR102317967B1 (ko) 아라미드 나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 복합소재 및 이의 제조방법
JP2007070593A (ja) プリプレグ及びその製造方法，炭素繊維並びに繊維体
Taraghi et al. The effect of MWCNTs on the mechanical properties of woven Kevlar/epoxy composites
JP7206910B2 (ja) プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料
Bajpai Update on carbon fibre
JP2016510829A (ja) 熱可塑性複合材を製造するための組成物および方法
JP2010174073A (ja) 繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた繊維強化複合材料
Tsang et al. Effect of γ-irradiation on the short beam shear behavior of pultruded sisal-fiber/glass-fiber/polyester hybrid composites
JP7512307B2 (ja) 編組プリフォームのラジウスフィラー
Kongkaew et al. Fiber orientation effecting the mechanical properties at coconut fiber reinforce epoxy resin composite
Asghari Arpatappeh Multiphase multiscale particle-nanofiber interactions in composites
Ito et al. Mechanical Properties of Carbon Fiber Braided Composites with CNT
Kiasat et al. Carbon nanofiber hybrid laminates fabrication and characterization

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right