KR20220008534A - 이황화몰리브덴/폴리에테르이미드 나노시트가 도입된 에폭시 복합소재 및 이의 제조방법 - Google Patents

이황화몰리브덴/폴리에테르이미드 나노시트가 도입된 에폭시 복합소재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아민기를 함유하는 고분자 수지와 황화몰리브덴으로부터 형성된 복합나노시트가 도입된 에폭시 복합소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
상기 에폭시 복합소재는 상기 복합나노시트를 도입하여 에폭시 매트릭스 내에 화학적 상호작용 및 계면 결합력을 향상시키고 종래 에폭시 복합소재 대비 우수한 계면 및 기계적 특성을 갖는 효과가 있다.

Description

이황화몰리브덴/폴리에테르이미드 나노시트가 도입된 에폭시 복합소재 및 이의 제조방법{EPOXY COMPOSITES WITH MOLYBDENUM DISULFIDE/POLYESTHERIMIDE NANOSHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 명세서에는 아민기를 함유하는 고분자 수지와 황화몰리브덴으로부터 형성된 복합나노시트가 도입된 에폭시 복합소재 및 이의 제조방법이 개시된다.
분자 내에 epoxy group(C-O-C)을 두 개 이상 가지고 있는 에폭시 수지는 다양한 물질과 함께 복합화하여 복합재료로 제조할 수 있다. 에폭시의 높은 인장 탄성률, 접착 특성, 내화학성, 구조적 안정성 등의 특성 때문에 에폭시 고분자 복합체는 좋은 대안으로 대두되고 있으며, 우주항공, 선박, 자동차 부품, 해양장비, 전기전자 산업 등에 다양하게 적용되고 있다. 그러나, 에폭시 수지는 본래의 취성 (Brittle)으로 인해 구조적 결함과 잘 깨지는 성질을 나타낸다. 이러한 문제는 계면 및 기계적 강도를 저하시키고 실제 산업 분야에 적용하는데 있어서 많은 제약이 되고 있다.
KR 10-2011-0051575 A
일 측면에서, 본 명세서는 아민기를 함유하는 고분자 수지와 황화몰리브덴으로부터 형성된 복합나노시트로 강화된 에폭시 복합소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다른 측면에서, 본 명세서는 상기 에폭시 복합소재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에서, 본 명세서는 에폭시 수지; 및 복합나노시트를 포함하고, 상기 복합나노시트는 아민기를 함유하는 고분자 수지와 황화몰리브덴으로부터 형성된 것인, 에폭시 복합소재를 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 복합나노시트는 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부로 포함되는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 아민기를 함유하는 고분자 수지는 폴리에테르이미드를 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 황화몰리브덴은 이황화몰리브덴을 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 에폭시 복합소재는 하기 특성 중 1 이상의 특성을 갖는 것일 수 있다.
i) ASTM D790에 따라 측정 시 85 MPa 이상의 굴곡강도;
ii) ASTM E399에 따라 측정 시 240 J.m-2 이상의 파괴에너지; 및
iii) ASTM E399에 따라 측정 시 0.8 MPa.m1/2 이상의 파괴인성.
다른 측면에서, 본 명세서는 상기 에폭시 복합소재의 제조방법으로, 1) 아민기를 함유하는 고분자 수지 수용액에 황화몰리브덴 분말을 용해시켜 화학적 박리한 후, 제조된 현탁액을 동결건조하여 복합나노시트를 수득하는 단계; 2) 상기 수득한 복합나노시트와 에폭시 수지를 유기용매와 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계; 3) 상기 1차 혼합물에 경화제를 첨가하여 2차 혼합물을 제조하는 단계; 및 4) 상기 2차 혼합물을 경화하는 단계를 포함하는 에폭시 복합소재의 제조방법을 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1)단계에서 아민기를 함유하는 고분자 수지 수용액과 황화몰리브덴 분말은 40 내지 60 : 1의 중량비로 혼합하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1)단계는 화학적 박리 후 제조된 현탁액을 동결건조하기 전에 4 내지 12시간 동안 초음파 처리하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 2)단계에서 유기용매는 아세톤을 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 2)단계는 유기용매에 복합나노시트를 첨가하고 초음파 처리한 다음, 에폭시 수지를 첨가하고 열처리하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 초음파 처리는 10 내지 50 ℃에서 실시하고, 열처리는 30 내지 70 ℃에서 실시하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 2)단계는 1차 혼합물을 제조한 후 유기용매를 제거하여 1차 혼합물을 안정화하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 3)단계에서 경화제는 4,4'-디아미노디페닐메탄 (4,4'-diaminodiphenylmethane)을 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 3)단계는 경화제를 첨가한 후 20 내지 70 ℃에서 반응시켜 2차 혼합물을 제조하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 3)단계는 2차 혼합물을 제조한 후 기포를 제거하여 2차 혼합물을 안정화하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 4)단계에서 경화는 60 내지 170℃에서 단계별로 온도를 증가시켜 점진적으로 경화하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 4)단계에서 경화는 순차적으로 60 내지 90℃에서 1차 경화, 90℃ 초과 내지 125℃에서 2차 경화, 및 140 내지 170℃에서 3차 경화하는 것일 수 있다.
일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 아민기를 함유하는 고분자 수지와 황화몰리브덴으로부터 형성된 복합나노시트로 강화된 에폭시 복합소재를 제공하는 효과가 있다.
다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 에폭시 복합소재의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 에폭시 복합소재는, 아민기를 함유하는 고분자 수지와 황화몰리브덴으로부터 형성된 복합나노시트를 도입하여 에폭시 매트릭스 내에 화학적 상호작용 및 계면 결합력을 향상시키고 종래 에폭시 복합소재 대비 우수한 계면 및 기계적 특성을 갖는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 MOS2/PEI 복합나노시트가 첨가된 에폭시 복합소재와 일 비교예에 따른 에폭시 복합소재의 표면 에너지를 비교한 그래프이다.
도 2는 일 실시예에 따른 MOS2/PEI 복합나노시트가 첨가된 에폭시 복합소재와 일 비교예에 따른 에폭시 복합소재의 굴곡강도(flexural strength)를 비교한 그래프이다.
도 3은 일 실시예에 따른 MOS2/PEI 복합나노시트가 첨가된 에폭시 복합소재와 일 비교예에 따른 에폭시 복합소재의 파괴에너지(fracture energy, GIC)를 비교한 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 MOS2/PEI 복합나노시트가 첨가된 에폭시 복합소재와 일 비교예에 따른 에폭시 복합소재의 파괴인성(fracture toughness, KIC)을 비교한 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 MOS2/PEI 복합나노시트가 첨가된 에폭시 복합소재와 일 비교예에 따른 에폭시 복합소재의 파괴인성 측정 후 파단면의 SEM 사진이다.
이하, 본 명세서를 상세히 설명한다.
일 측면에서, 본 명세서는 에폭시 수지; 및 복합나노시트를 포함하고, 상기 복합나노시트는 아민기를 함유하는 고분자 수지와 황화몰리브덴으로부터 형성된 것인, 에폭시 복합소재를 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 복합나노시트는 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부로 포함되는 것일 수 있다. 다른 예시적인 일 구현예에서, 상기 복합나노시트는 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 4 중량부, 또는 2 내지 3 중량부로 포함되는 것이 복합재료의 계면 및 기계적 강도 향상에 있어서 바람직할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 아민기를 함유하는 고분자 수지는 폴리에테르이미드를 포함하는 것일 수 있다. 폴리에테르이미드의 아민기는 에폭시 수지의 에폭시기와 화학적으로 결합하여 복합재료의 계면 및 기계적 특성을 향상시키는 효과가 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 황화몰리브덴은 이황화몰리브덴을 포함하는 것일 수 있다. 이황화몰리브덴은 에폭시 매트릭스에 복합화되어 기계적 강도를 월등히 향상시킬 수 있다. 그러나, 이황화몰리브덴은 본질적으로 무기재료로서 소수성 물질이고 입자 사이의 응집으로 인해 에폭시 매트릭스 내에서 낮은 계면 상호작용을 갖는 단점이 있다.
본 명세서에 따른 에폭시 복합소재는 에폭시 수지에 화학적 박리법으로 형성된 MOS2/PEI 복합나노시트를 도입하여 에폭시 수지와의 계면 상호작용을 향상시켜 계면 및 기계적 강도를 크게 향상시킨 효과가 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 에폭시 복합소재는 하기 특성 중 1 이상의 특성을 갖는 것일 수 있다.
i) ASTM D790에 따라 측정 시 85 MPa 이상, 90 MPa 이상, 95 MPa 이상, 100 MPa 이상, 105 MPa 이상, 또는 105 내지 120 MPa의 굴곡강도;
ii) ASTM E399에 따라 측정 시 240 J.m-2 이상, 270 J.m-2 이상, 300 J.m-2 이상, 350 J.m-2 이상, 400 J.m-2 이상, 450 J.m-2 이상, 또는 450 내지 770 J.m-2의 파괴에너지; 및
iii) ASTM E399에 따라 측정 시 0.8 MPa.m1/2 이상, 1.0 MPa.m1/2 이상, 1.2 MPa.m1/2 이상, 1.4 MPa.m1/2 이상, 또는 1.4 내지 1.8 MPa.m1/2의 파괴인성.
다른 측면에서, 본 명세서는 상기 에폭시 복합소재의 제조방법으로, 1) 아민기를 함유하는 고분자 수지 수용액에 황화몰리브덴 분말을 용해시켜 화학적 박리한 후, 제조된 현탁액을 동결건조하여 복합나노시트를 수득하는 단계; 2) 상기 수득한 복합나노시트와 에폭시 수지를 유기용매와 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계; 3) 상기 1차 혼합물에 경화제를 첨가하여 2차 혼합물을 제조하는 단계; 및 4) 상기 2차 혼합물을 경화하는 단계를 포함하는 에폭시 복합소재의 제조방법을 제공한다.
본 명세서에 따른 에폭시 복합재료의 제조방법은, MOS2/PEI 복합나노시트를 필러로 사용하여 에폭시 수지에 첨가함으로써, MOS2/PEI 복합나노시트의 많은 아민기가 열경화성 수지로 가공이 용이한 에폭시 수지와의 강한 계면 접착력을 이끌어내어, 계면 및 기계적 강도가 크게 향상된 에폭시 복합소재를 제조하는 효과가 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1)단계에서 아민기를 함유하는 고분자 수지 수용액과 황화몰리브덴 분말은 40 내지 60 : 1의 중량비로 혼합하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1)단계는 화학적 박리 후 제조된 현탁액을 동결건조하기 전에 4 내지 12시간, 또는 8 내지 12시간 동안 초음파 처리하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1)단계에서 동결건조는 제조된 현탁액을 증류수로 세척한 후 -50 내지 -80℃에서 4 내지 48시간 동안 실시하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 2)단계에서 유기용매는 아세톤을 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 2)단계는 유기용매에 복합나노시트를 첨가하고 초음파 처리한 다음, 에폭시 수지를 첨가하고 열처리하는 것일 수 있다. 이에 따라 안정된 분산액을 수득할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 복합나노시트는 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부로 첨가하는 것일 수 있다. 다른 예시적인 일 구현예에서, 상기 복합나노시트는 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 4 중량부, 또는 2 내지 3 중량부로 첨가하는 것이 복합재료의 계면 및 기계적 강도 향상에 있어서 바람직할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 초음파 처리는 10 내지 50 ℃에서 실시하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 초음파 처리는 1 내지 2시간 동안 실시하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 열처리는 30 내지 70 ℃에서 실시하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 열처리는 혼합물을 1 내지 4시간 동안 교반하는 것을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 2)단계는 1차 혼합물을 제조한 후 유기용매를 제거하여 1차 혼합물을 안정화하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1차 혼합물의 안정화 단계는 100 내지 150 ℃에서 열처리하여 유기용매를 제거하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1차 혼합물의 안정화 단계는 4 내지 10시간 동안 유기용매를 제거하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 3)단계에서 경화제는 1차 혼합물의 유기용매를 제거한 후 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 3)단계에서 경화제는 4,4'-디아미노디페닐메탄 (4,4'-diaminodiphenylmethane)을 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 3)단계에서 경화제는 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 34 내지 36 중량부로 첨가되는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 3)단계는 경화제를 첨가한 후 20 내지 70 ℃에서 반응시켜 2차 혼합물을 제조하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 3)단계는 경화제를 첨가한 후 1 내지 5시간 동안 반응시켜 2차 혼합물을 제조하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 3)단계는 2차 혼합물을 제조한 후 기포를 제거하여 2차 혼합물을 안정화하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 기포를 제거함으로써 에폭시 복합재료의 계면 및 기계적 강도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 2차 혼합물의 안정화 단계는 진공 오븐 하에서 실시하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 2차 혼합물의 안정화 단계는 감압 하에서 10 내지 60 ℃에서 기포를 제거하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 2차 혼합물의 안정화 단계는 감압 하에서 1 내지 3시간 동안 기포를 제거하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 4)단계에서 경화는 60 내지 170℃또는 110 내지 170℃에서 실시하는 것일 수 있다. 이에 따라, 경화 온도가 너무 낮아 완전히 경화되지 않을 수 있는 문제를 예방하고 경화 온도가 너무 높아 물성 저하를 초래할 수 있는 문제를 예방할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 4)단계에서 경화는 3 내지 6시간 동안 실시하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 4)단계에서 단계별로 온도를 증가시켜 점진적으로 경화하는 것일 수 있다. 온도를 증가시키며 점진적으로 경화함으로써 기공이 발생하거나 함침성이 저하되는 것을 방지하고, 에폭시 복합재료의 계면 및 기계적 강도를 향상시켜 주는 효과가 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 4)단계에서 경화는 60 내지 170℃에서 단계별로 온도를 증가시켜 점진적으로 경화하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 4)단계에서 경화는 순차적으로 60 내지 90℃에서 1차 경화(안정화 단계), 90℃초과 내지 125℃에서 2차 경화(가경화 단계), 및 140 내지 170℃에서 3차 경화(경화 단계)하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1차 경화, 2차 경화 및 3차 경화는 각각 1 내지 2시간 동안 실시하는 것일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 명세서를 예시하기 위한 것으로서, 본 명세서의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1
200g의 PEI 수용액에 4g의 MOS2 분말을 첨가하여 화학적 박리를 진행한 다음, 제조된 현탁액을 초음파 처리하였다. 이후, 증류수로 세척한 후 동결건조를 온도 -70℃압력 0.065bar의 조건에서 진행하여 MOS2/PEI 나노시트를 수득하였다. 에폭시 수지 100 중량부 대비 1 중량부의 MOS2/PEI 나노시트를 아세톤 200 mL을 이용하여 40 내지 45℃의 온도 범위에서 1시간 동안 초음파 처리하여 분산시켰다. MOS2/PEI 나노시트 현탁액에 에폭시 수지를 넣고 50 내지 55℃의 온도 범위에서 가열하여 유지시키고 2시간 동안 교반하였다. 이후, 아세톤을 130 내지 140℃의 온도 범위에서 5 내지 6시간 동안 제거하였다. 그 다음, 잔류하는 MOS2/PEI 나노시트와 에폭시 수지에 4,4'-디아미노디페닐메탄을 경화제로 에폭시 수지 100 중량부 대비 34 내지 36 중량부로 첨가하여 30 내지 35℃의 온도 범위에서 5시간 동안 반응시켰다. 이후, 진공 오븐에서 감압 하에 20 내지 25℃의 온도 범위에서 1시간 동안 기포를 제거하였다. 이후, 테프론 몰드에 함침 후, 핫 프레스에서 1단계는 60 내지 90℃의 온도 범위에서 1 내지 2시간, 2단계는 90℃초과 내지 125℃의 온도 범위에서 1 내지 2시간, 3단계는 140 내지 170℃의 온도 범위에서 1 내지 2시간 동안 총 3단계로 경화시켜 MOS2/PEI 나노시트로 강화된 에폭시 복합소재를 제조하였다.
실시예 2.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에폭시 복합소재를 제조하되, 에폭시 수지 100 중량부 대비 2 중량부의 MOS2/PEI 나노시트를 첨가하여 MOS2/PEI 나노시트로 강화된 에폭시 복합소재를 제조하였다.
실시예 3.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에폭시 복합소재를 제조하되, 에폭시 수지 100 중량부 대비 3 중량부의 MOS2/PEI 나노시트를 첨가하여 MOS2/PEI 나노시트로 강화된 에폭시 복합소재를 제조하였다.
실시예 4.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에폭시 복합소재를 제조하되, 에폭시 수지 100 중량부 대비 4 중량부의 MOS2/PEI 나노시트를 첨가하여 MOS2/PEI 나노시트로 강화된 에폭시 복합소재를 제조하였다.
실시예 5.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에폭시 복합소재를 제조하되, 에폭시 수지 100 중량부 대비 5 중량부의 MOS2/PEI 나노시트를 첨가하여 MOS2/PEI 나노시트로 강화된 에폭시 복합소재를 제조하였다.
비교예 1.
에폭시 수지 100 중량부 대비 1 중량부의 MOS2 분말을 아세톤 200 mL을 이용하여 40 내지 45℃의 온도 범위에서 1시간 동안 초음파 처리하여 분산시켰다. MOS2 분말 현탁액에 에폭시 수지를 넣고 50 내지 55℃의 온도 범위에서 가열하여 유지시키고 2시간 동안 교반하였다. 이후, 아세톤을 130 내지 140℃의 온도 범위에서 5 내지 6시간 동안 제거하였다. 그 다음, 잔류하는 MOS2 분말과 에폭시 수지에 4,4'-디아미노디페닐메탄을 경화제로 에폭시 수지 100 중량부 대비 34 내지 36 중량부로 첨가하여 30 내지 35℃의 온도 범위에서 5시간 동안 반응시켰다. 이후, 진공 오븐에서 감압 하에 20 내지 25℃의 온도 범위에서 1시간 동안 기포를 제거하였다. 이후, 테프론 몰드에 함침 후, 핫 프레스에서 1단계는 60 내지 90℃의 온도 범위에서 1 내지 2시간, 2단계는 90℃초과 내지 125℃의 온도 범위에서 1 내지 2시간, 3단계는 140 내지 170℃의 온도 범위에서 1 내지 2시간 동안 총 3단계로 경화시켜 MOS2이 첨가된 에폭시 복합소재를 제조하였다.
비교예 2.
상기 비교예 1과 동일한 방법으로 에폭시 복합소재를 제조하되, 에폭시 수지 100 중량부 대비 2 중량부의 MOS2 분말을 첨가하여 MOS2이 첨가된 에폭시 복합소재를 제조하였다.
비교예 3.
상기 비교예 1과 동일한 방법으로 에폭시 복합소재를 제조하되, 에폭시 수지 100 중량부 대비 3 중량부의 MOS2 분말을 첨가하여 MOS2이 첨가된 에폭시 복합소재를 제조하였다.
비교예 4.
상기 비교예 1과 동일한 방법으로 에폭시 복합소재를 제조하되, 에폭시 수지 100 중량부 대비 4 중량부의 MOS2 분말을 첨가하여 MOS2이 첨가된 에폭시 복합소재를 제조하였다.
비교예 5.
상기 비교예 1과 동일한 방법으로 에폭시 복합소재를 제조하되, 에폭시 수지 100 중량부 대비 5 중량부의 MOS2 분말을 첨가하여 MOS2이 첨가된 에폭시 복합소재를 제조하였다.
샘플명 필러 종류 함량
(중량g)		 분산시간
(min)		 교반시간
(min)		 기포제거시간
(min)		 경화온도
(℃)
실시예 1 MOS2/PEI
나노시트		 1 60 120 60 170
실시예 2 MOS2/PEI
나노시트		 2 60 120 60 170
실시예 3 MOS2/PEI나노시트 3 60 120 60 170
실시예 4 MOS2/PEI나노시트 4 60 120 60 170
실시예 5 MOS2/PEI나노시트 5 60 120 60 170
비교예 1 MOS2 분말 1 60 120 60 170
비교예 2 MOS2 분말 2 60 120 60 170
비교예 3 MOS2 분말 3 60 120 60 170
비교예 4 MOS2 분말 4 60 120 60 170
비교예 5 MOS2 분말 5 60 120 60 170
측정예 1. 에폭시 복합소재의 표면 에너지 시험
표면 에너지는 Rame-Hart 고니 오 미터(Phoenix 300 Plus, SEO Co.)를 사용하여 3가지 표준 습윤액(증류수, 디요오도 메탄, 에틸렌 글리콜)에 대한 에폭시 복합소재의 접촉각을 측정하였다.
측정예 2. 에폭시 복합소재의 굴곡강도 시험
굴곡강도 시험은 만능재료시험기(Lloyd LR5k)를 사용하여 에폭시 복합소재를 ASTM D790에 따라 시편을 제조한 후 기계적 시험 방법으로 측정하였다.
측정예 3. 에폭시 복합소재의 파괴에너지 시험
파괴에너지 시험은 만능재료시험기(Lloyd LR5k)를 사용하여 에폭시 복합소재를 ASTM E399에 따라 시편을 제조한 후 3포인트 굽힘 시험 방법으로 측정하였다.
측정예 4. 에폭시 복합소재의 파괴인성 시험
파괴인성 시험은 만능재료시험기(Lloyd LR5k)를 사용하여 에폭시 복합소재를 ASTM E399에 따라 시편을 제조한 후 3포인트 굽힘 시험 방법으로 측정하였다.
측정예 5. 에폭시 복합소재의 파괴인성 시험 후 파단면 관찰
주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM, SU 8010, Hitachi, Ltd., Japan)을 사용하여 파괴인성 시험 후 에폭시 복합소재의 구조를 변화시켰는지 여부를 관찰하였다.
표면에너지
(mJ.m-2)		 굴곡강도
(MPa)		 파괴에너지
(J.m-2)		 파괴인성
(MPa.m1/2)
실시예 1 65.3 89.4 ± 3.4 240.5 ± 0.8 0.8 ± 0.1
실시예 2 74.7 115.7 ± 1.4 536.8 ± 1.3 1.6 ± 0.1
실시예 3 78.9 119.8 ± 2.2 770.2 ± 1.6 1.8 ± 0.1
실시예 4 73.4 108.1 ± 1.2 467.2 ± 0.7 1.4 ± 0.1
실시예 5 70.3 96.6 ± 1.5 384.5 ± 0.3 1.2 ± 0.1
비교예 1 59.6 77.3 ± 1.9 196.3 ± 0.2 0.5 ± 0.1
비교예 2 67.3 92.5 ± 1.7 266.8 ± 0.5 1.0 ± 0.1
비교예 3 72.5 104.4 ± 3.1 544.7 ± 1.2 1.3 ± 0.1
비교예 4 65.9 90.6 ± 2.4 283.3 ± 0.8 0.9 ± 0.1
비교예 5 61.1 81.2 ± 2.8 227.5 ± 0.5 0.6 ± 0.1
이상, 본 명세서의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시 태양일 뿐이며, 이에 의해 본 명세서의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 명세서의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다

Claims (17)

  1. 에폭시 수지; 및
    복합나노시트를 포함하고,
    상기 복합나노시트는 아민기를 함유하는 고분자 수지와 황화몰리브덴으로부터 형성된 것인, 에폭시 복합소재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복합나노시트는 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부로 포함되는 것인, 에폭시 복합소재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 아민기를 함유하는 고분자 수지는 폴리에테르이미드를 포함하는 것인, 에폭시 복합소재.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 황화몰리브덴은 이황화몰리브덴을 포함하는 것인, 에폭시 복합소재.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 에폭시 복합소재는 하기 특성 중 1 이상의 특성을 갖는 것인, 에폭시 복합소재.
    i) ASTM D790에 따라 측정 시 85 MPa 이상의 굴곡강도;
    ii) ASTM E399에 따라 측정 시 240 J.m-2 이상의 파괴에너지; 및
    iii) ASTM E399에 따라 측정 시 0.8 MPa.m1/2 이상의 파괴인성.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 에폭시 복합소재의 제조방법으로,
    1) 아민기를 함유하는 고분자 수지 수용액에 황화몰리브덴 분말을 용해시켜 화학적 박리한 후, 제조된 현탁액을 동결건조하여 복합나노시트를 수득하는 단계;
    2) 상기 수득한 복합나노시트와 에폭시 수지를 유기용매와 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계;
    3) 상기 1차 혼합물에 경화제를 첨가하여 2차 혼합물을 제조하는 단계; 및
    4) 상기 2차 혼합물을 경화하는 단계를 포함하는 에폭시 복합소재의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 1)단계에서 아민기를 함유하는 고분자 수지 수용액과 황화몰리브덴 분말은 40 내지 60 : 1의 중량비로 혼합하는 것인, 에폭시 복합소재의 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 1)단계는 화학적 박리 후 제조된 현탁액을 동결건조하기 전에 4 내지 12시간 동안 초음파 처리하는 단계를 더 포함하는 것인, 에폭시 복합소재의 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 2)단계에서 유기용매는 아세톤을 포함하는 것인, 에폭시 복합소재의 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 2)단계는 유기용매에 복합나노시트를 첨가하고 초음파 처리한 다음, 에폭시 수지를 첨가하고 열처리하는 것인, 에폭시 복합소재의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 초음파 처리는 10 내지 50 ℃에서 실시하고, 열처리는 30 내지 70 ℃에서 실시하는 것인, 에폭시 복합소재의 제조방법.
  12. 제 6항에 있어서,
    상기 2)단계는 1차 혼합물을 제조한 후 유기용매를 제거하여 1차 혼합물을 안정화하는 단계를 더 포함하는 것인, 에폭시 복합소재의 제조방법.
  13. 제 6항에 있어서,
    상기 3)단계에서 경화제는 4,4'-디아미노디페닐메탄 (4,4'-diaminodiphenylmethane)을 포함하는 것인, 에폭시 복합소재의 제조방법.
  14. 제 6항에 있어서,
    상기 3)단계는 경화제를 첨가한 후 20 내지 70 ℃에서 반응시켜 2차 혼합물을 제조하는 것인, 에폭시 복합소재의 제조방법.
  15. 제 6항에 있어서,
    상기 3)단계는 2차 혼합물을 제조한 후 기포를 제거하여 2차 혼합물을 안정화하는 단계를 더 포함하는 것인, 에폭시 복합소재의 제조방법.
  16. 제 6항에 있어서,
    상기 4)단계에서 경화는 60 내지 170℃에서 단계별로 온도를 증가시켜 점진적으로 경화하는 것인, 에폭시 복합소재의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 4)단계에서 경화는 순차적으로 60 내지 90℃에서 1차 경화, 90℃초과 내지 125℃에서 2차 경화, 및 140 내지 170℃에서 3차 경화하는 것인, 에폭시 복합소재의 제조방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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