고전기장을 이용한 전도성 탄소섬유/폴리에틸렌 복합필름의 제조 및 특성 연구

국문 초록 (Abstract)

새로운 복합재료 제조 기술인 Electron-Ion Technology(EIT)를 이용하여 전도성 탄소섬유/고밀도 폴리에틸렌(CF/HDPE) 복합필름을 제조하고 고분자 점착하층의 두께와 탄소섬유 sizing이 제조된 필름의 체적비저항과 인장강도에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 탄소섬유 함량과 층밀도에 따라 제조된 필름의 체적비저항과 인장강도의 점착하층에 대한 의존성의 양상은 복잡하게 나타났다. 이는 점착하층의 증가에 따라서 필름 하층면에 중심부나 위쪽에 비하여 탄소섬유 농도가 낮은 절연성 고분자층의 두께가 증가하고 필름 상층면 근처에서는 탄소섬유 함침에 필요한 고분자 매트릭스의 양이 적어져 매트릭스 함침이 불충분하여 기공이 포함된 구조를 형성시키는 효과와 증가된 매트릭스의 유동성을 바탕으로 탄소섬유 분산성이 향상되고 동시에 보다 치밀한 구조가 형성되는 두 가지 상반되는 효과의 상대적 기여 정도의 차이를 통하여 설명할 수 있었다. 에폭시 sized 탄소섬유(CF(S))는 unsized 탄소섬유(CF(U))에 비하여 필름의 체적비저항, 인장강도, TCR(Temperature coefficient of resistivity), CLTE(Coefficient of linear thermal expansion)를 낮추는 결과를 가져왔다. 그리고 에폭시 sizing은 탄소섬유의 nucleating efficiency를 떨어뜨려서 CF(S)/HDPE 필름이 CF(U)/HDPE 필름보다 불규칙적이고 덜 발달된 transcrystalline layer를 형성함을 관찰할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Electrically conductive carbon fiber/high density polyethylene(CF/HDPE) composite films were fabricated by new method, so called Electron-Ion Technology(EIT) and the effects of polymer sublayer and CF sizing on the volumetric resistivity and tensile strength of the films were investigated. As the thickness of polymer sublayer thickness increases, two groups of processes at thermo-mechanical forming stage would take effects on the properties of the films. The first group comprises the increase of polymer sublayer thickness having reduced CF content compared with central or upper part of the film and insufficient wetting of CF resulting in the loosened structure near upper film side. The second group, on the other hand, is the improvement of mobility of molten sublayer leading to better distribution of CF throughout the film and the formation of more compact structure. The different degree of contribution of these two competing processes at varied CF content and CF layer density could explain complex dependence of the film properties on the polymer sublayer. Epoxy sized CF(CF(S)) causes significant reduction in the resistivity, tensile strength, TCR(Temperature coefficient of resistivity), CLTE(Coefficient of linear thermal expansion) of composite films when compared with unsized CF(CF(U)). Epoxy sizing reduces the nucleating efficiency of CF(S), so CF(S)/HDPE composite films showed nonuniform transcrystalline layer when compared with CF(U)/HDPE composite films.

목차 (Table of Contents)

• 차례
• 그림차례 = i
• 표 차례 = iv
• 국문요약 = v
• 1. 서론 = 1
• 1.1. 전도성 고분자 복합재료 = 1
• 1.2. 체적 비저항 = 5
• 1.3. 인장강도 = 7
• 1.4. 계면 특성 = 8
• 1.5. 탄소섬유 표면처리 = 9
• 1.6. Electron-ion technology (EIT) = 9
• 2. 실험 = 11
• 2.1. 재료 = 11
• 2.2. 시편 제조 = 11
• 2.3. 측정 = 12
• 2.3.1. 체적비저항 = 12
• 2.3.2. 인장강도 = 12
• 2.3.3. 특성분석 = 12
• 3. 결과 및 토론 = 16
• 3.1. 탄소섬유 함량에 대한 영향 = 16
• 3.1.1. 체적비저항 = 16
• 3.1.2. 인장강도 = 16
• 3.2. 탄소섬유 층밀도에 대한 영향 = 16
• 3.2.1. 필름두께 = 16
• 3.2.2. 체적비저항 = 20
• 3.2.3. 인장강도 = 23
• 3.3. 고분자 점착하층 두께에 대한 영향 = 25
• 3.3.1. 체적비저항 = 25
• 3.3.2. 인장강도 = 28
• 3.4. 탄소섬유 sizing의 영향 = 31
• 3.4.1. 체적비저항 = 31
• 3.4.2. 계면구조 및 인장강도 = 38
• 4. 결론 = 46
• 참고문헌 = 47
• 영문요약 = 49