에폭시/천연섬유/클레이 하이브리드 복합체의 기계적 물성

Abstract

천연섬유는 가격이 저렴하고, 낮은 밀도와 적절한 비강도, 생분해되는 특징을 가지고 있어 천연섬유를 사용한 고분자복합체는 관심의 대상이 되고 있다. 본 연구에서는 알칼리수용액으로 처리한 pineapple leaf fiber(PALF) 단섬유를 첨가하여 무수물로 경화시킨 에폭시/PALF 복합체를 제조하고 섬유의 함량, 알칼리 수용액에 의한 개질조건에 따른 복합체의 기계적물성, 파괴인성, 치수안정성을 UTM, DMTA, TMA등을 이용하여 각각 조사하였다. PALF를 첨가함으로써 에폭시의 굴곡모듈러스, 인장모듈러스, 파괴인성, 치수안정성 등을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었으며, 이러한 물성향상효과는 PALF를 5% NaOH수용액으로 4 시간 정도 처리하였을 때 가장 크게 발현됨을 알 수 있었다. 전자현미경, 광학현미경을 이용한 파단면 분석, 크랙성장거동특성을 관찰한 결과 변형이 가해지는 과정에서 PALF가 에폭시수지의 소성변형을 유도함으로써 크랙성장을 효과적으로 억제할 수 있음을 확인하였다. 또한, 클레이를 나노수준으로 박리분산시킨 에폭시수지를 모재수지로 사용한 에폭시/PALF/clay 하이브리드 복합체를 제조하였다. 클레이의 박리분산은 XRD를 이용하여 확인하였다. 클레이가 첨가된 에폭시/PALF/ clay 복합체는 인장물성, 치수안정성은 더욱 증가하였으나 굴곡물성과 파괴인성은 섬유만을 첨가한 복합체에 비해 감소하였다.; Natural fiber reinforced plastic composites have received considerable attentions due to the advantages of natural fibers such as low cost, low density, acceptable specific strengths, and biodegradability. In this study, the effect of alkali treated short pineapple leaf fiber(PALF) on the mechanical, dynamic mechanical, toughening behavior and dimensional stability of anhydride cured epoxy resin was investigated by UTM, DMTA and TMA. It was found that the addition of the short fiber causes a great enhancement in fracture toughness (K_(Ic)) of intrinsically brittle epoxy matrix and a marginal increase in tensile, flexural modulus and strength. Scanning electron and transmitted optical microscopy show that crack propagation was effectively hindered by the plastic deformation caused by the fiber. The reinforcing effect was greatly manifested when the fiber was treated with 5% NaOH solution for 4 hours. In the second part of this work, epoxy/PALF/clay hybrid composites, in which clay was dispersed in nanometer scale in matrix, were prepared. On the clay incorporation, the tensile strength and dimensional stability was increased, but the flexural modulus and fracture toughness were decreased as compared to epoxy/PALF composite.