열경화성 복합재료는 고가이며, 성형시간이 길고, 파손시 수리가 불리한 점이 있으므로 열경화성 복합재료의 특징인 경량, 고강도와 고강성의 특성을 가지고 있으면서 성형시간이 짧고, 저가이며, 재활용과 수리 또한 유리한 잇점이 있는 열가소성 복합재료가 지난 10년동안 열경화성 복합재료를 대신하여 서서히 대체되고 있으나, 열가소성 복합재료는 환경적인 요인, 즉 수분과 온도에 대해 매우 민감한 것으로 알려져 있다. (중략)
Diglycidyl ether of 4,4'-biphenol을 기지로 사용하고, tin(IV) oxide를 filler로, sulfanilamide를 경화제로 사용하여 액정성 열경화성 에폭시 기반 복합재료를 제작하였다. TGA와 LFA를 이용하여 3.0-7.0 wt%의 tin(IV) oxide를 분산시켜 제작한 복합재료의 열적 거동을 조사한 결과, 열분해 활성화 에너지와 열전도성이 filler의 첨가량에 비례하는 것으로 나타났다.
일반적으로 cross-link된 열경화성 에폭시수지는 유기용매에 용해되지 않고 열에 용융되지 않는 특성이 있다. 따라서 에폭시수지가 사용된 물질, 특히 탄소섬유강화플라스틱(carbon fiber reinforced plastic, CFRP)은 재활용이 어렵고, 사용 후 폐기물 처리에 막대한 비용이 소비되고 있다. 본 원고는 열경화성 에폭시수지 응용물 중 CFRP의 재활용을 중심으로 한 친환경적 재활용 기술에 관하여 정리하였다. 특히, CFRP의 구성요소인 탄소섬유(CF)와 기지재인 에폭시수지를 모두 재활용 할 수 있는 화학적 방법에 관하여 보고한다. 더 나아가 열경화성 에폭시수지의 화학적 분해물의 재이용기술에 관한 예를 소개한다.
CAFE(기업평균연비) 규제의 적극적 대응책의 하나로 차체 경량화가 주목받고 있다. 이를 위해 사용되는 고분자 복합소재 중 특히 Exterior Body Panel에 많이 채택되고 있는 SMC(Sheet Molding Compound)에 대해 제조방법, 성형공정, 기술적 과제, 재활용, 적용 예 등을 살펴보았다. 1973년 GM의 Corvette로부터 본격적으로 사용되기 시작한 SMC는 미국, 유럽을 중심으로 사용량이 계속 증가되고 있으며, 자동화가 용이하고 성형Cycle이 짧아 타 열경화성 고분자복합재료 성형방법에 비해 대량생산에 유리하며, 도장 특성이 우수하며 자 동차 부품용으로 가장 보편적인 방식이다.
섬유강화 복합재료는 고성능 섬유와 고분자 수지를 조합하여 재료의 물성 향상 및 고기능화를 목적으로 만들어지는 재료이며, 사용되는 고분자 매트릭스의 종류에 따라 열가소성 복합재료와 열경화성 복합재료로 나뉘어진다. 이 중 열경화성 복합재료에 관한 연구 및 그의 실용화는 오래 전부터 활발히 진행되어 산업재료 및 군사, 우주용 재료로 각광을 받아 왔으나 최근 지구 환경문제가 심각해지면서 사용 후 분해 및 재활용이 가능한 열가소성 복합재료에 관한 연구에 관심을 가지게 되었다. (중략)
본 연구에서는 차선도료로 MMA (methyl metacrylate) 수지계 열경화성 수지를 선정하여 차선의 내구성능과 재귀반사성능을 개선할 수 있는 최적의 열경화성 차선도료를 설계하고자 하였다. 특히 현장 적용성을 향상시키기 위하여 차선도료의 경화시간을 8 min으로 단축하기 위해 주재의 구성요소를 설계하였다. 실험 결과 MMA 모노머($Tg=105^{\circ}C$) 15.6 wt%에 PMMA (ploymethyl metacrylate, MW = 70,000, $Tg=60^{\circ}C$) 6.0 wt%와 TMPTA (trimethylolpropane triacrylate, MW = 338, $Tg=27^{\circ}C$) 1.2 wt%를 배합한 TSRM-6가 부착강도 등 도료물성이 우수하여 최적 배합비율로 결정하였다. 열경화성 차선도료의 도장조건은 분사 전 반드시 균일한 혼합이 이루어져야 하며 최적 설계된 TSRM-6에 우천용 유리알을 사용한 경우 마모시험 횟수 20만 회에서 야간재귀반사성능계수는 $431mcd{\cdot}m^{-2}{\cdot}lux^{-1}$ (건조 조건), $354mcd{\cdot}m^{-2}{\cdot}lux^{-1}$ (젖은 조건), $172mcd{\cdot}m^{-2}{\cdot}lux^{-1}$ (비오는 조건)으로 우수한 성능을 나타내었다.
방향족 액정 폴리에스테르는 열방성 액정 중합체의 대표저인 예로 지금까지 구조-물성 관계가 많이 연구되었다. 본 연구에서는 유기 용매에 녹일 수 있는 가용성 방향족 액정 폴리에스테르를 합성하고, 아세틸렌 말단기를 갖는 열경화성 수지와 복합화하여 제반 물성을 비교하였다. 가용성 방향족 액정 폴리에스테르는 6-hydroxy-2-naphthoic acid, terephthalic acid, isophthalic acid 및 4-aminophenol을 단량체로 하여 에스테르 및 아미드 교환 반응에 기초로 한 축합 중합법을 이용하여 합성하였다. 아세틸렌 말단기를 갖는 열경화성 수지는 4-ethynylaniline과 terephthaloyl dichloride, isophthaloyl clichloride, 4,4'-biphenyldicarbonyl dichloride 등과 각각 반응시켜 합성하였다. 가용성 방향족 액정 폴리에스테르와 열경화성 수지를 용액 블렌딩하고 열처리하여 복합체를 제조하였으며, 복합체의 열적 안정성, 열팽창계수, 유전특성 등을 조사하였다.
모든 고체로켓 추진제들은 화학적 상태에 따라 균질(복기)과 비균질(혼합형)의 2가지 기본 종류로 나뉜다. 오늘날 혼합형 추진제는 가스발생기와 소형 로켓으로부터 우주개발을 위한 거대 발사체까지 동력원으로써 광범위하게 사용된다. 과거에 혼합형 로켓 추진제의 개발은 주로 열경화성 폴리머에 국한되었다. 그러나 열경화성 혼합형 추진제는 로켓 체계조건에 부합하기 위해 조성과 제조공정에 있어 복잡성을 갖는다. 열경화성 추진제와 대조해서, 개량된 PVC 및 TPE 계열 열가소성 추진제는 중간 정도의 성능과 기계적 성질을 갖지만 제조공정에서의 손실, 원재료의 저가와 취급 공정의 안정성을 갖는다. 이런 장점으로 인해 향후, 열가소성 추진제가 여타 추진제보다 폭넓게 사용될 것이라 예측된다.
열경화성 수지 복합재료의 제조과정에서 제품의 품질과 생산성 향상에 필수적인 경화 모니터링 기술을 개발하였다 경화도를 분석하기 위해, 동일한 경화조건에서 유전기법에 의한 소산계수 측정결과와 시차 주사 열분석 방법에 의한 발열량 계측 결과를 비교하였으며, 계측 감도의 향상을 위해 센서부분과 계측선의 영향을 적절히 분리하는 방법을 사용하였다. 유리섬유/폴리에스터 복합재료와 유리섬유/에폭시 복합재료에 대하여 경화과정에서의 경화도 분석을 위한 새로운 경화 모니터링 방법으로 소산계수와 온도를 동시에 고려하였다. 이 때, 소산계수의 변화 경향은 수지 점도의 변화 양상과 비교하여 분석하였다 개발된 경화 모니터링 방법은 다양한 종류의 열경화성 복합재료 경화 모니터링에 사용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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