KR20130067127A

KR20130067127A - 자기유변 효과를 증진시키기 위한 이방성 자기유변 탄성체 제조용 전자석 장치

Info

Publication number: KR20130067127A
Application number: KR1020110133989A
Authority: KR
Inventors: 김민수; 이성훈; 양경모; 정경호; 이주환
Original assignee: 현대자동차주식회사; 수원대학교산학협력단
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2013-06-21
Also published as: KR101745020B1; DE102012205327A1; US20130147095A1

Abstract

본 발명은 자기유변 효과를 증진시키기 위한 이방성 자기유변 탄성체(Magneto-rheological Elastomer;MRE) 제조용 전자석 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 매트릭스로 천연고무를 사용한 자기유변 탄성체에 분산되어 있는 자기장 응답입자인 Carbonyl iron powder(CIP)를 자기장이 인가되는 방향으로 배향시키기 위해 자석이 아닌 상하 2개의 전자석 코일 사이에 시험편 몰드가 위치하며 파워 컨트롤러로부터 인가되는 전류에 따라 자기장의 세기가 조절될 수 있도록 설계함으로써 시험편 내부의 기포발생 및 CIP 배향의 재배열 문제점 등이 해결되고 자기장 인가 전후의 모듈러스 차이를 나타내는 자기유변 효과를 높여서 이방성 MRE의 기계적 물성을 높일 수 있는 이방성 MRE 제조용 전자석 장치에 관한 것이다.

Description

자기유변 효과를 증진시키기 위한 이방성 자기유변 탄성체 제조용 전자석 장치{Magneto-rheological Elastomer for Preparing to Improve Magneto-rheological Effect}

기존에 사용되던 네오디뮴 자석과 네오디뮴 자석을 삽입한 MRE 제조용 금형도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같다. 이렇게 기존에 사용되던 네오디뮴 자석과 네오디뮴 자석을 삽입한 MRE 제조용 금형의 경우 네오디뮴 자석의 높은 자력으로 인해 자석의 분리 및 시험편 장착의 어려움이 있었으며 MRE 시험편 내부에 기포가 발생하고 CIP의 배향이 재배열되어 물성이 감소하는 문제점이 있었다.

네오디뮴 자석을 이용한 이방성 MRE제조 공정은 배합된 MRE 컴파운드를 2~4 ㎜의 sheet로 제조한 후 네오디뮴 자석 사이에 넣고 80 ℃로 조정된 oven에서 30~60 분간 처리하여 CIP의 배향을 유도하였다. CIP의 원활한 배향을 위해 oven의 온도를 80 ℃로 조정하였으며, 80 ℃ 이상의 온도와 60분 이상의 처리시간에는 매트릭스의 스코치를 야기할 수 있기 때문에 80 ℃와 최대 60분의 처리시간을 최적 공정조건으로 확립하였다. CIP 배향이 유도된 MRE 컴파운드는 MRE의 경화를 위해 유압프레스에서 160℃의 온도에서 7분간 처리하여 최종 경화된 이방성 MRE를 얻었다.

그러나 이 방법의 경우 자기장 세기가 0.5 Tesla 이상을 얻기가 어려웠으며 성형공정 특성 때문에 CIP의 배향성이 현저히 감소하였다. 또한 도 3과 같이 CIP배향이 재배열 되는 문제점이 있었다.

다음으로, MRE 제조용 금형은 몰드 안에 삽입되어 있는 네오디뮴 자석 사이에 MRE 컴파운드를 채운 후 이 금형을 유압프레스에 넣고 자기장이 가해지는 상태에서 매트릭스의 경화를 유도하여, 더욱 원활한 CIP의 배향을 유도하고자 하였다. 그러나 이 장치는 네오디뮴 자석들의 상당히 높은 자력으로 인해 시험편 성형 후 시험편을 꺼내기 위해 네오디뮴 자석을 분리하기가 어려운 문제점이 있었다. 또한, 고무의 압축성형시 내부에 포착된 공기를 제거하기 위한 일반적인 방법인 범핑 작업이 불가능하였기 때문에 도 4에 나타난 바와 같이 내부에 다수의 기포가 발생하였다. 이로 인해 MRE의 물성이 감소하는 문제점도 발생하였다.

종래에 이러한 이방성 MRE 제조방법 및 장치와 관련하여서는 한국공개특허

제2010-81799호에서 폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral)을 카르보닐 아이언(Carbonyl iron)에 코팅하여 자성 복합체입자를 합성하는 방법이 제안되어 있고, 한국공개특허 제2011-102644호에서는 MRE인 천연 고무, 실리콘 고무와 같은 폴리머에 CIP 등의 자기장에 의해 극성을 가지는 입자를 첨가한 고체를 이용하는 MR 엘라스토머를 이용한 중공축의 진동 제어 장치가 제안되어 있다. 또한, 미국특허 제7,070,708호에서는 천연 고무화합물과 실리콘 오일에 자기 반응성 입자(carbonyl iron 입자)를 분산시켜 이용한 자기 유변 유체가 제안되어 있고, 한국공개특허 제2011-1496호에서는 자기반응성 입자인 carbonyl iron powder(CIP)를 천연고무에 혼합하여 이용하고, 산화아연, 스테아린산, 설펜아미드 및 황을 더 혼합하는 가변성 모듈러스를 가지는 탄성체 제조방법 및 장치가 제안되어 있다.

그러나 이들의 제조방법은 모두가 자기 반응성 성분을 사용하기는 하지만 장치에 있어서 자석을 사용함으로 인해 나타나는 한계점을 극복하지는 못하고 있다.

본 발명은 CIP배향을 위한 기존 이방성 MRE를 제조하는 방법들인 네오디뮴 자석을 이용하는 방법과 네오디뮴 자석이 삽입된 몰드를 이용하는 방법에서 나타났던 문제점들을 해결하고자 하는 목적으로 발명되었다.

이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 전자석 장치를 새로이 설계하여 자기장을 이용하게 되면 자석을 이용한 경우 보다 더 효율적인 CIP의 배향을 유도하고 기존 장치에 비해 자기장의 세기를 조절할 수 있고 더 높은 자기장의 세기를 얻을 수 있었으며 MRE 시험편 내부의 기포 발생 및 배향된 CIP의 재배열 문제점들이 해결되어 MRE의 자기장 인가 전후의 모듈러스 차이를 뜻하는 자기유변 효과가 증가된다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 자기장의 세기를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 시험편 내부의 기포발생 및 CIP 배향의 재배열 문제점 등이 해결되어 자기장 인가 전후의 모듈러스의 차이를 뜻하는 자기유변(MR) 효과와 이방성 MRE의 기계적 물성을 높일 수 있는 새로운 전자석 장치를 제공하는데 있다.

위와 같은 과제 해결을 위한 구현예로서, 본 발명은 상하에 2개의 전자석 코일이 배치되고 그 코일 사이에 자기유변 유도체(MRE)의 시험편 몰드 위치부를 가지며, 상기 전자석 코일은 파워 컨트롤러로부터 인가되는 전류에 의해 시험편 몰드에 대해 자기장 세기가 조절되도록 구성된 이방성 자기유변 탄성체 제조용 전자석 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 전자석 장치를 이용하여 이방성 MRE를 제조하는 경우 자기장의 세기를 조절할 수 있을 뿐 아니라 MRE 시험편 내부의 기포발생 및 CIP의 배향성이 크게 향상되어 자기장 인가 전후의 모듈러스의 차이를 나타내는 MR 효과가 상승하는 효과가 있다.

도 1은 종래 이방성 MRE 제조에 사용된 네오디뮴 자석을 보여주는 사진이다.
도 2는 종래 이방성 MRE 제조에 사용된 MRE 금형을 보여주는 사진이다.
도 3은 종래의 장치를 이용하여 제조된 이방성 MRE에서 유도된 CIP 배열이 압력을 받는 경우 압력에 의해 배향이 변형된 CIP 배향의 재배열 상태를 보여주는 개념도이다.
도 4는 종래의 장치를 이용하여 제조된 이방성 MRE에서 매트릭스 내부에 발생된 기포를 보여주는 광학현미경 사진(배율x50)이다.
도 5a는 본 발명에 따른 이방성 자기유변 탄성체(MRE) 제조용 전자석 장치의 한 구현예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5b는 본 발명에 따른 이방성 자기유변 탄성체(MRE) 제조용 전자석 장치의 한 구현예에 대한 실제품 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 장치와 제조방법으로 실란 커플링제가 코팅된 CIP를 첨가한 이방성 MRE를 제조한 경우 실란 커플링제 층에 의해 CIP와 천연고무 매트릭스와의 계면결합 상태를 보여주는 개념도 이다.
도 7은 본 발명에 따른 장치를 이용한 이방성 MRE의 제조 공정도이다.
도 8은 본 발명의 실험예 1의 결과를 보여주는 등방성 MRE 모폴로지의 SEM 사진(x400)이다.
도 9는 본 발명에서 실험예 1의 결과를 보여주는 이방성 MRE 모폴로지의 SEM 사진(x400)이다.
도 10은 본 발명에서 실험예 2의 결과로서 네오디뮴 자석을 이용하여 제조된 이방성 MRE 모폴로지의 SEM 사진(x400)이다.
도 11은 본 발명에서 실험예 2의 결과로서 MRE 금형을 이용하여 제조된 이방성 MRE 모폴로지의 SEM 사진(x400)이다.
도 12는 본 발명에서 실험예 2의 결과로서 본 발명에 따른 전자석 장치를 이용하여 제조된 이방성 MRE 모폴로지의 SEM 사진(x400)이다.
도 13은 본 발명에서 실험예 4의 결과로서 코팅되지 않은 CIP를 첨가하여 제조한 MRE의 모폴로지를 나타낸 SEM(x400) 사진이다.
도 14는 본 발명에서 실험예 4의 결과로서 코팅된 CIP를 첨가하여 제조한 MRE의 모폴로지를 나타낸 SEM(x400) 사진이다.
도 15는 본 발명의 실험예 5에서 사용한 자기유변 효과 측정을 위한 FFT Analyzer를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실험예 5에서 CIP의 실란 커플링제 코팅 유무에 따른 자기유변 효과를 비교하여 나타낸 그래프이다.

이하 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 상하 2개의 전자석 코일을 가지는 장치로서 매트릭스로 사용된 천연고무에 분산되어 있는 CIP를 자기장이 인가되는 방향으로 배향시켜서 이방성 MRE를 제조함으로써 자기장 인가 전후의 모듈러스 차이를 나타내는 자기유변 효과를 높이기 위한 장치이다. 이때 본 발명에서 자기유변 효과를 향상시키기 위한 이방성 MRE 제조 원료는 매트릭스로 천연고무를 사용하고 여기에 통상의 첨가제와 CIP를 혼합한 컴파운드가 사용된다.

이러한 본 발명에 따른 장치의 구현예를 보면, 도 5a에서 나타낸 전자석 장치의 개략도에서와 같이, 상하에 2개의 전자석 코일이 배치되고 그 코일 사이에 자기유변 유도체(MRE)의 시험편 몰드 위치부를 가지며, 상기 전자석 코일은 파워 컨트롤러로부터 인가되는 전류에 의해 시험편 몰드에 대해 자기장 세기가 조절되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이때 자기장은 시험편 몰드 위치부에 배치된 시험편의 두께 방향으로 작용한다.

본 발명에 따른 전자석 장치를 이용한 CIP의 배향을 위해 두께 25- 40mm, 바람직하기로는 30-35mm의 전자석 장치용 시험편 몰드를 사용하여 MRE 시험편에 자기장을 인가하여 이방성 MRE를 제조하는 것이 바람직하다. 또한 CIP는 시편의 두께 방향으로 배향되는데 만일 그 두께가 너무 얇으면 배향효과를 측정하기가 어려워질 염려가 있고 너무 두꺼우면 자기장 세기가 약해져 배향이 제대로 되지 않는 문제가 있다

이러한 본 발명에 따른 전자석 장치의 한 구현예는 실질적으로 도 5b에서 보여주는 형태로 제작될 수 있다.

이러한 본 발명의 전자석 장치를 이용하는 경우 매트릭스로 사용된 천연고무에 분산되어 있는 CIP를 자기장이 인가되는 방향으로 배향되도록 MRE 시험편 몰드를 위치시킨다. 이러한 상태에서 자기장을 인가시키게 되면 CIP가 배향된 MRE가 제조된다. 이렇게 이방성 MRE를 제조하면 자기장 인가 전후의 모듈러스 차이를 나타내는 자기유변 효과가 매우 높은 이방성 MRE가 제조된다.

또한, 본 발명의 전자석 장치는 자기장의 세기를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 더 큰 자기장 부여가 가능하며 MRE 시험편 금형을 전자석 사이에 넣고 CIP의 배향을 유도한 후 그 금형을 그대로 유압프레스로 옮겨 시험편을 성형하므로 기존 이방성 MRE 제조의 문제점이었던 도 3에서와 같은 CIP 배향의 재배열 문제 및 도 4에서와 같은 시험편 내부 기포발생 문제점들이 해결될 수 있다.

한편, 본 발명에 따르면 효과적인 이방성 MRE 제조를 위해 상기와 같은 전자석 장치를 이용하되 천연고무로 이루어진 매트릭스 표면에 실란 커풀링제를 코팅하여서 된 CIP 함유 매트릭스를 사용하는 제조방법을 포함한다.

본 발명에 따른 이러한 이방성 MRE 제조용 매트릭스는

(a) 매트릭스 기재로 천연고무를 사용하고;

(b) 실란 커플링제로 코팅 된 CIP를 사용하되, 실란 커플링제는 전체 코팅용액의 0.1~50 Vol.%로 첨가 사용하고;

(c) 기타 첨가제로는 경화제로 황을 1~5 Phr, 활성제로 ZnO 와 스테아린산을 각각 2~6 Phr, 촉진제로 술펜아미드 0.5~3 Phr을 사용하고 혼합하여 제조한 것이 바람직한 예로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 전자석 장치를 사용하여 이방성 MRE를 제조하는 공정을 하나의 예로서 설명하면 다음과 같다. 이러한 공정은 도 7에 나타낸 공정도와 같이 표현될 수 있다.

먼저 천연고무와 각종 첨가제, CIP를 롤밀을 이용하여 배합하고 이 고무 배합물을 전자석 장치 금형에 넣고 약 100 ℃의 유압프레스에서 스코치 타임 이하 시간 동안 1차 성형하여 2~4 mm 두께의 sheet를 제조한다. 이때 매트릭스의 스코치 즉 경화가 진행되지 않도록 공정조건을 조절하는 것이 중요하다. 1차 성형된 성형물을 금형에 장착된 그대로 전자석 장치에 위치시키고 본 발명에서 최적 공정조건으로 선정한 170-230 V 전압에서 5-30 min 동안 CIP의 배향을 유도하여 2차 성형물을 제조한다. 마지막 단계로 2차 성형물을 150-180 ℃로 설정된 유압프레스에서 고무 레오미터로부터 측정된 최적 경화시간 동안 경화시켜 최종 이방성 MRE를 제조한다.

본 발명에 따른 전자석 장치는 도 5a에 나타낸 도면을 보면 알 수 있듯이 상하 2개의 전자석 코일 사이에 시험편 몰드가 위치하고, 파워 컨트롤러로 인가되는 전류를 변화시킬 수 있으며 이 전류에 따라 자기장의 세기가 조절될 수 있도록 설계되어 있어 시험편에 전류를 인가할 시 시험편 내부에 분산되어 있는 CIP 입자들이 시험편의 두께 방향으로 배향되게 된다.

또한, 본 발명에 따르면 상하 2개의 코일의 거리가 멀어질수록 인가되는 자기장의 세기는 감소되었고 두 코일 사이의 거리가 10-50mm, 더욱 바람직하기로는 25-35mm가 바람직하다. 특히 본 발명의 장치는 34mm가 되어도 0.85 Tesla의 자기장의 세기를 얻을 수 있었는데 이 세기는 종래의 네오디뮴 자석에 비해 1.6배 높은 수치로서 전자석 장치가 더 효율적이라는 것을 알 수 있다.

따라서 본 발명인 전자석 장치로 CIP 배향을 효율적으로 유도할 수 있고 CIP를 배향시켜 이방성 MRE를 제조하게 되면 자기장 인가 전후의 모듈러스 차이를 나타내는 자기유변 효과가 향상된다.

본 발명에 따르면, 이방성 MRE 제조를 위한 전자석 장치의 최적 공정 조건은 190-210V에서 10-20분간 처리하는 것으로 나타났다.

또한 본 발명에 따르면 더욱 우수함 물성의 이방성 MRE를 제조하기 위해 천연고무 매트릭스와 CIP 사이의 계면접착력을 향상시키면 MRE의 자기유변 효과 및 기계적 물성 증가가 가능하다는 사실을 알게되어 실란 커플링제를 사용하여 CIP를 코팅하였다.

본 발명에 사용된 실란 커플링제는 예컨대 아미노실란 커플링제(A1130)가 사용될 수 있으며, 이는 다음 화학식 1과 같다.

[화학식 1]

본 발명에서 상기와 같은 실란 커플링제를 이용하여 CIP를 코팅하는 공정은 우선 에탄올/물=80-98/20-2의 부피비를 가진 수용액에 아세트산을 첨가하여 pH4-6 용액을 제조하고 실란 커플링제(A1130)를 0.1-50부피%, 더욱 바람직하기로는 1-5부피%로 첨가하여 교반함으로써 실란 커플링제의 충분한 가수분해를 유도한다.

다음으로 CIP를 첨가하여 다시 교반하고 상온에서 건조시킴으로써 실란올 그룹과 CIP사이의 Condensation이 달성되고 천연고무 매트릭스와 반응할 자리가 남아있는 실란 커플링제가 코팅된 CIP가 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 장치와 제조방법으로 실란 커플링제가 코팅된 CIP를 첨가한 이방성 MRE가 제조되면 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 실란 커플링제 층에 의해 CIP와 천연고무 매트릭스와의 계면결합이 달성된다. 이와 같이 계면결합이 달성되게 되면 MRE의 물성이 향상될 뿐만 아니라 CIP 배향을 보다 원활하게 할 수 있기 때문에 자기장 인가 전후의 모듈러스의 차이를 의미하는 자기유변 효과 또한 향상된다.

본 발명은 하기의 실시 예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기 실시 예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1

매트릭스로 사용된 천연고무와 각종 첨가제들 그리고 CIP를 Roll mill을 이용하여 고무 컴파운드를 제조한 뒤 100 ℃의 유압프레스에서 스코치 타임 이하 시간 동안 1차 성형하여 두께 2~4mm의 sheet를 제조한다. 이때 매트릭스의 스코치 즉 경화가 진행되지 않도록 공정조건을 조절하는 것이 중요하다. 1차 성형된 성형물을 금형에 장착된 그대로 전자석 장치에 위치시키고 본 연구에서 최적 공정조건으로 선정한 200 V 전압에서 15 min 동안 CIP의 배향을 유도하여 2차 성형물을 제조한다. 마지막 단계로 2차 성형물을 160 ℃로 설정된 유압프레스에서 고무 레오미터로부터 측정된 최적 경화시간 동안 경화시켜 최종 이방성 MRE를 제조한다.

실시예 2

상기 실시예 1과 같은 방법으로 천연고무와 첨가제들, CIP를 롤밀을 이용하여 배합한 뒤 전자석 장치를 이용해 자기장을 인가시키지 않고 고무 배합물을 바로 유압프레스에 넣고 고무 레오미터로 측정된 최종 경화시간 동안 경화시켜 CIP 입자들이 랜덤하게 분산된 등방성 MRE을 제조한다.

실시예 3

실란 커플링제를 이용한 자기반응성입자(CIP) 코팅을 다음과 같은 공정 절차에 의하여 코팅하였다. 우선 Ethanol/Water=95/5 수용액에 Acetic acid를 첨가하여 pH5 용액을 제조하고 실란 커플링제(A1130)를 2 Vol.% 첨가하여 5분간 교반함으로써 실란 커플링제의 충분한 가수분해를 유도한다. 다음으로 CIP를 첨가하여 3분간 교반하고 상온에서 건조시킴으로써 실란올 그룹과 CIP사이의 Condensation이 달성되고 천연고무와 반응할 자리가 남아있는 실란 코팅된 CIP가 제조된다.

실시예 4

실란 커플링제에 의해 표면 코팅한 CIP를 첨가하여 이방성 MRE를 제조하는 공정은 코팅 된 CIP를 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전자석 장치를 이용하여 CIP를 배향시켜 이방성 MRE를 제조한다.

비교예 1

본 발명인 전자석 장치를 이용하여 CIP 배향을 유도하여 제조한 이방성 MRE와 CIP의 배향을 유도하지 않고 경화시켜 제조한 등방성 MRE를 제조하여 비교예 1로 사용하였다.

비교예 2

본 발명인 전자석 장치와 기존 장비인 네오디뮴 자석과 MRE 제조용 금형을 이용하여 이방성 MRE를 제조한 뒤 비교예 2로 사용하였다.

비교예 3

실란 커플링제에 의해 코팅 된 CIP를 첨가한 것과 코팅이 되지 않은 CIP를 첨가하여 각각 이방성 MRE를 제조하였다.

실험 예 1 : 등방성 MRE와 이방성 MRE의 모폴로지 분석

본 발명인 전자석 장치를 이용하여 CIP 배향을 유도하여 제조되어진 이방성 MRE와 CIP의 배향을 유도하지 않고 경화시켜 제조된 등방성 MRE를 제조하여 모폴로지를 SEM을 이용하여 분석하였다. 그 결과 사진은 도 8(등방성) 및 도 9(이방성)과 같다.

도 8과 9를 보면 천연고무내에 CIP입자들이 균일하게 분산되어 있는 등방성 MRE에 비해 전자석 장치를 통해 CIP를 배향시켜 제조한 이방성 MRE(도 9)가 천연고무 내에서 CIP입자들이 자기장이 인가되는 방향으로 배향이 된 것을 확인할 수 있었다.

실험예 2 : 기존 CIP배향 장치와 본 발명인 전자석 장치로 제조된 이방성 MRE의 모폴로지 분석

본 발명인 전자석 장치를 이용해 제조된 이방성 MRE와 기존 장비인 네오디뮴 자석과 MRE 제조용 금형을 이용하여 제조한 이방성 MRE의 모폴로지를 비교하였다. 그 결과는 도10(네오디뮴 자석 이용) 및 도 11(금형 이용)의 경우에 비해 도 12(전자석 장치 이용)와 같다.

모폴로지들을 비교하여 분석하면 먼저 도 10은 네오디뮴 자석을 이용하여 제조한 이방성 MRE의 모폴로지를 나타낸 것인데 이를 보면 자기장을 인가했음에도 불구하고 등방성 MRE와 거의 비슷한 모폴로지를 나타내었다. 이러한 이유는 네오디뮴 자석으로 자기장을 인가한 뒤 경화를 시키기 위해서 압축성형을 하게 되는데 이때 눌리는 압력에 의하여 배향된 CIP 입자들이 재배열 되어 CIP의 배향성을 확인할 수 없었기 때문에 등방성 MRE와 비슷한 모폴로지를 나타낸 것이다. 도 11은 MRE 제조용 금형을 이용하여 제조한 이방성 MRE의 모폴로지인데, CIP의 배향성이 인가되는 자기장의 세기가 약하기 때문에 자기장을 인가했음에도 뚜렷한 CIP 배향을 확인할 수 없었다.

그러나 네오디뮴 자석과 네오디뮴 자석을 삽입한 MRE 제조용 금형에 비해, 도 12는 본 발명인 전자석 장치를 사용하여 제조한 이방성 MRE의 모폴로지를 나타낸 사진이다. 이 경우는 종래의 방법에 비해 자기장의 세기를 조절할 수 있고 시험편 내부의 기포 발생 및 CIP배향의 재배열 문제들이 해결되어 보다 뚜렷한 CIP배향 양상을 확인할 수 있었다.

실험 예 3 : CIP의 실란 코팅 유무에 따른 물성 분석

실란 커플링제에 의해 코팅 된 CIP와 코팅이 되지 않은 CIP를 각각 첨가하여 배합을 하고 전자석 장치로 자기장을 인가시켜 이방성 MRE를 제조하여 이에 따른 기계적 물성을 비교 분석하였다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.

상기 표 1의 결과를 보면, 코팅 된 CIP를 사용하여 제조한 MRE의 인장강도가 코팅 되지 않은 CIP를 사용하여 제조한 MRE에 비해 상대적으로 인장강도가 낮은 것을 볼 수 있다. 이는 코팅된 CIP를 사용함으로써 천연고무와 CIP간의 계면결합력이 상승하여 CIP의 배향을 상승시킨 결과로 보인다.

실험예 4 : CIP의 실란 코팅 유무에 따른 모폴로지 분석

CIP의 실란 코팅 유무에 따른 모폴로지를 도 13과 도 14에 나타내었다.

도 13은 코팅되지 않은 CIP를 첨가하여 제조한 MRE의 모폴로지를 나타낸 사진이고, 도 14는 코팅 된 CIP를 첨가하여 제조한 MRE의 모폴로지를 SEM을 이용하여 찍은 사진이다.

도 13에 비해 코팅 된 CIP를 첨가한 도 14가 천연고무와 CIP간의 계면결합력이 상승하여 CIP입자들이 천연고무에 더 잘 결합되어 있는 것을 볼 수 있다. 이와 같은 현상으로 인해 CIP의 배향성이 증가하여 보다 더 높은 자기유변 효과를 나타내는 것으로 확인되었다.

실험예 5 : 실란 커플링제의 CIP 코팅 유무에 따른 자기유변 효과 분석

자기유변 효과는 자기장 인가 전후의 모듈러스의 변화률로서 도 15에 나타낸 바와 같이 FFT Analyzer 에 의해 측정된다. FFT Analyzer는 전체 시스템의 정확한 동작과 측정을 위하여 양끝이 고정된 철제 빔 위에 전체 시스템을 고정하였으며 자기장을 부여할 수 있는 질량체를 2개의 MRE시편으로 고정하였다. 하단에서 입력된 진동의 주파수를 하단의 가속도계가 측정함으로써 부가된 자기장의 자속밀도에 따른 MRE의 전단계수의 변화를 측정할 수 있도록 구성되어 있다.

이 장치를 이용하여 CIP의 실란 코팅 유무에 따라 각각 제조되어진 MRE들의 인가전류에 따른 모듈러스의 변화율을 측정하였고 CIP의 실란 코팅 유무에 따른 자기유변 효과를 도 16에 나타내었다. 도 16의 그래프를 보면 인가전류에 따라 자기유변 효과가 대체적으로 증가하였고 또한 코팅된 CIP를 첨가하여 제조된 이방성 MRE의 자기유변 효과가 가장 높았다. 이러한 이유는 코팅 된 CIP가 첨가됨으로써 천연고무와의 계면 접착력이 우수해져 CIP의 배향을 향상시켰기 때문이다.

Claims

상하에 2개의 전자석 코일이 배치되고 그 코일 사이에 자기유변 유도체(MRE)의 시험편 몰드 위치부를 가지며, 상기 전자석 코일은 파워 컨트롤러로부터 인가되는 전류에 의해 시험편 몰드에 대해 자기장 세기가 조절되도록 구성된 이방성 자기유변 탄성체 제조용 전자석 장치.
청구항 1에 있어서, 시험편 몰드는 두께가 25- 40mm인 전자석 장치.
청구항 1 또는 청구항 2의 전자석 장치를 이용하고 천연고무로 이루어진 매트릭스 표면에 실란 커풀링제를 코팅하여서 된 CIP(Carbonyl iron powder) 함유 매트릭스를 MRE 원료로 사용하되,
(a) 매트릭스 기재로 천연고무를 사용하고;
(b) 실란 커플링제로 코팅된 CIP를 사용하되, 실란 커플링제는 전체 코팅용액의 0.1~50 Vol.%로 첨가 사용하며;
(c) 경화제로 황 1~5 Phr, 활성제 ZnO 와 스테아린산 각각 2~6 Phr, 촉진제로 술펜아미드 0.5~3 Phr을 상기 실란 커플링제가 코팅된 CIP와 함께 상기 천연고무와 혼합하여 제조한 CIP 함유 매트릭스를 사용하여 제조함을 특징으로 하는 이방성 자기유변 탄성체의 제조방법.
청구하 3에 있어서, 전자석 장치에서는 170-230 V 전압에서 5-30 min 동안 CIP의 배향을 유도하는 제조방법.
(a) 매트릭스 기재로 천연고무를 사용하고;
(b) 실란 커플링제로 코팅된 CIP를 사용하되, 실란 커플링제는 전체 코팅용액의 0.1~50 Vol.%로 첨가 사용하며;
(c) 경화제로 황 1~5 Phr, 활성제 ZnO 와 스테아린산 각각 2~6 Phr, 촉진제로 술펜아미드 0.5~3 Phr을 상기 실란 커플링제가 코팅된 CIP와 함께 상기 천연고무와 혼합하여 제조한 이방성 자기유변 탄성체 제조용 CIP 함유 매트릭스.