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KR100275898B1 - 에폭시/비닐에스테르 수지의 하이브리드 시스템을 이용한 매트릭스 - Google Patents

에폭시/비닐에스테르 수지의 하이브리드 시스템을 이용한 매트릭스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에폭시 수지 80 내지 90중량%와 비닐 에스테르 수지 10 내지 20중량%를 하이브리드시킨 조성물을 포함하는 매트릭스 및 그의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 매트릭스는 기존의 열경화성 수지인 에폭시 수지와 비닐 에스테르 수지를 특정 혼합비로 하이브리드시킴으로써 열적, 기계적 및 내화학적 성질은 물론 속경화성과 작업용이성이 우수하다.

Description

에폭시/비닐 에스테르 수지의 하이브리드 시스템을 이용한 매트릭스
본 발명은 에폭시/비닐 에스테르 수지의 하이브리드 시스템을 이용한 매트릭스에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 기존의 열경화성 수지인 에폭시와 비닐 에스테르를 하이브리드시켜 물성을 향상시킨 새로운 매트릭스에 관한 것이다.
에폭시 수지는 열적, 기계적 및 내화학적 성질이 우수하여 코팅재료, 전기절연재료, 복합재료의 매트릭스, 토목ㆍ건축재료 등에 널리 사용되고 있다.
비닐 에스테르 수지는 에폭시 수지가 갖는 우수한 열적, 기계적 및 내화학적 성질 이외에 불포화 폴리에스테르의 속경화성과 작업 용이성을 함께 갖추고 있어 이미 오래전부터 여러 분야에서 사용되어 왔다. 특히 내식성과 내화학성을 필요로 하는 분야에서 섬유강화 복합재료의 매트릭스로 많이 사용되고 있는 수지이다.
근래에는 매트릭스에 대한 새로운 성능들이 요구되고 있으며, 이러한 요구에 맞는 매트릭스의 개발이 절실히 필요하게 되었다. 새로운 매트릭스 개발 방법으로는 매트릭스 자체를 개발하는 방법과 기존의 매트릭스들을 선정하여 이들을 하이브리드시킴으로써 개개의 매트릭스가 갖는 장점을 살리고 단점을 보완시켜 향상된 물성을 지니는 매트릭스를 만드는 방법이 있다. 전자의 경우, 많은 연구시간과 연구비용을 필요로 하므로 후자에 관심이 모아지고 있는추세이다.
본 발명은 기존의 열경화성 수지인 에폭시 수지와 비닐 에스테르 수지를 특정 혼합비로 하이브리드시켜 우수한 열적, 기계적 및 내화학적 성질은 물론 속경화성과 작업용이성이 우수한 복합재료용 매트릭스를 제조하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 에폭시/비닐 에스테르 수지의 하이브리드 시스템에서 비닐 에스테르의 함량에 따른 굴곡강도 및 굴곡탄성률을 나타낸 도면이다.
도 2는 에폭시/비닐 에스테르 수지의 하이브리드 시스템에서 비닐 에스테르의 함량에 따른 인장강도를 나타낸 도면이다.
도 3은 에폭시/비닐 에스테르 수지의 하이브리드 시스템에서 비닐 에스테르의 함량에 따른 충격강도를 나타낸 도면이다.
종래에는 에폭시 수지의 기계적 특성을 향상시키기 위해서 에폭시 수지에 충전제, 첨가제 및 열가소성 수지 등을 첨가하였다. 그러나, 종래의 경우 에폭시 수지에 대한 모노머의 선정이 용이하지 않고 첨가제에 의한 부반응이 일어날 수 있어 가공성 등에 악영향을 미칠 수 있는 단점이 있다.
본 발명자들은 이러한 단점을 해결하고자 연구를 거듭한 결과, 에폭시 비닐 에스테르를 특정 비율로 하이브리드시킴으로써 기계적 특성은 물론 속경화성 및 작업용이성을 향상시켜 작업공정을 단순화시키고 작업시간을 크게 단축시킨다는 사실을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
또한, 본 발명에 따라 에폭시에 값싼 비닐에스테르를 첨가함으로써 매트릭스의 비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따라 에폭시에 비닐에스테르를 하이브리드시키면 열경화나 상온경화에 의해 매트릭스를 제조할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 에폭시 수지 80 내지 90중량%와 비닐 에스테르 수지 10 내지 20중량%를 하이브리드시킨 조성물을 포함하는 매트릭스를 제공한다.
도1, 2 및 3에서 나타낸 바와같이, 비닐에스테르의 함량이 20중량%를 초과하면 굴곡강도, 굴곡탄성률, 인장강도 및 충격강도가 급격히 떨어지고, 또한 비닐에스테르의 함량이 10중량% 미만인 경우는 상기 물성치가 약간 떨어진다.
본 발명은 또한 에폭시 수지 80 내지 90중량%와 비닐 에스테르 수지 10 내지 20중량%를 하이브리드시킨 조성물을 로울러에 의해 섬유강화재에 도포시켜 복합재료를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 복합재료는 바인더(binder)로서의 역할을 하기 위해서 섬유강화재에 본 발명에 따른 조성물을 도포시켜 만들 수 있다. 섬유강화재로는 유리섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 복합재료는 에폭시 수지 80 내지 90중량%와 비닐 에스테르 수지 10 내지 20중량%를 하이브리드시킨 조성물을 로울러에 의해 섬유강화재에 도포시킴으로써 제조된다. 매트릭스 조성물은 100℃~150℃에서 1 내지 2시간 동안 후경화처리시켜 물성을 증가시킨다.
후경화 시스템은 경화과정을 거친 경화물의 물성을 증가시키기 위해 실시되는 방법중 하나이다. 인위적으로 열에너지를 가해줌으로써 경화물 내부에 존재하는 용제나 기타 불순물을 제거하고, 소량으로 존재할 수 있는 미반응물에 에너지를 가하여 반응하도록 하여 물성을 증가시키는 것이 목적이다.
이하, 실시예에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
저점도를 갖는 C12-C14변성타입의 비스페놀-A의 디글리시딜에테르(Diglycidyl Ether of Bisphenol-A, "DGEBA")계 에폭시 "YD-114"[국도화학(주) 제품]에 저점도이며 삼액형으로 제조된 비스페놀계 비닐에스테르 "SR-825L"[세원화성(주) 제품]을 0, 10, 20, 30, 100중량%로 첨가하여 하이브리드시켜 매트릭스 조성물을 제조하였다.
이때 사용된 아민계 에폭시 경화제 트리에틸렌테트라민(TETA), 비닐 에스테르 개시제 메틸에틸케톤퍼옥시드(MEKP) 및 비닐 에스테르 촉진제 코발트-옥토에이트(Co-Oct)의 함량은 각각 12phr, 1phr, 0.5phr로 고정하였다. 제조된 비닐 에스테르 함량 변화에 따른 매트릭스 조성물의 변형속도(cross-head speed)를 2mm/분으로 고정하고, 지지대 사이의 거리와 시편 두께의 비율을 16:1로 고정한 후, 만능 시험기(Instron #1125)를 사용하여 굴곡강도 및 굴곡탄성률을 측정하였다. 그 결과, 도 1에서 나타낸 바와같이 비닐 에스테르가 각각 10중량% 및 20중량% 첨가된 경우, 에폭시 자체보다 굴곡강도가 약 1% 및 2% 증가하였으며, 굴곡탄성률의 경우 거의 같은 수준을 나타냈다.
[실시예 2]
중점도를 갖는 DGEBA계 에폭시 "YD-128"[국도화학(주) 제품]에 저점도이며 삼액형으로 제조된 비스페놀계 비닐에스테르 "SR-825L"[세원화성(주) 제품]을 상기 실시예 1과 같이 하이브리드시켜 매트릭스 조성물을 제조하였다. 변형속도를 5mm/분으로 고정하고, 만능 시험기를 사용하여 인장강도를 측정한 결과 비닐 에스테르가 각각 10중량% 및 20중량% 첨가된 경우, 도 2에서 나타낸 바와같이 에폭시 자체보다 인장강도가 약 4% 및 9% 증가하였다.
[실시예 3]
고점도를 갖는 반고형 타입의 DGEBA계 에폭시 "YD-134"[국도화학(주) 제품]에 저점도이며 삼액형으로 제조된 비스페놀계 비닐에스테르 "SR-825L"[세원화성(주) 제품]을 상기 실시예 1과 같이 하이브리드시켜 매트릭스 조성물을 제조하였다. 플라스틱 충격 시험기를 사용하여 충격강도를 측정하였다. 그 결과, 도 3에서 나타낸 바와같이 역시 비닐 에스테르가 각각 10중량% 및 20중량% 첨가된 경우, 에폭시 자체보다 충격강도가 약 2% 및 3% 증가하였다.
[실시예 4]
저점도를 갖는 C12-C14변성타입의 DGEBA계 에폭시 "YD-114"[국도화학(주) 제품]에 저점도이며 삼액형으로 제조된 비스페놀계 비닐에스테르 "SR-825L"[세원화성(주) 제품]을 상기 실시예 1과 같이 하이브리드시켜 매트릭스 조성물을 제조한 후, 섬유강화재로 쓰인 네덜란드의 Parabeam B.V.사가 제조한 삼차원 유리직물에 자체 제작한 알루미늄 로울러를 사용하여 도포시켜 시편을 제조하였다. 제조된 매트릭스 변화에 따른 섬유강화 복합재료의 변형속도를 5mm/분으로 고정하고, 만능 시험기를 사용하여 압축강도를 측정한 결과, 매트릭스에 불포화 폴리에스테르가 각각 10중량% 및 20중량% 첨가된 수지를 사용한 경우, 에폭시 자체를 매트릭스로 사용한 경우의 압축강도에 비해 약 1% 및 2%의 증가를 나타냈다.
[실시예 5]
중점도를 갖는 DGEBA계 에폭시 "YD-114"[국도화학(주) 제품]에 저점도이며 삼액형으로 제조된 비스페놀계 비닐에스테르 "SR-825L"[세원화성(주) 제품]을 상기 실시예 2와 같이 하이브리드시켜 상기 실시예 4와 같이 시편을 제조하였다. 제조된 매트릭스 변화에 따른 섬유강화 복합재료의 변형속도를 5mm/분으로 고정하고, 만능 시험기를 사용하여 압축강도를 측정한 결과, 매트릭스에 불포화 폴리에스테르가 각각 10중량% 및 20중량% 첨가된 수지를 사용한 경우, 에폭시 자체를 매트릭스로 사용한 경우의 압축강도에 비해 약 2% 및 3%의 증가를 나타냈다.
[실시예 6]
고점도를 갖는 반고형 타입의 DGEBA계 에폭시 "YD-134"[국도화학(주) 제품]에 저점도이며 삼액형으로 제조된 비스페놀계 비닐에스테르 "SR-825L"[세원화성(주) 제품]을 상기 실시예 3과 같이 하이브리드시켜 상기 실시예 4와 같이 시편을 제조하였다. 제조된 매트릭스 변화에 따른 섬유강화 복합재료의 변형속도를 5mm/분으로 고정하고, 만능 시험기를 사용하여 압축강도를 측정한 결과, 매트릭스에 불포화 폴리에스테르가 각각 10중량% 및 20중량% 첨가된 수지를 사용한 경우, 에폭시 자체를 매트릭스로 사용한 경우의 압축강도에 비해 약 3% 및 4%의 증가를 나타냈다.
[실시예 7]
저점도를 갖는 C12-C14변성타입의 DGEBA계 에폭시 "YD-114"[국도화학(주) 제품]에 저점도이며 삼액형으로 제조된 비스페놀계 비닐에스테르 "SR-825L"[세원화성(주) 제품]을 상기 실시예 1과 같이 하이브리드시켜 매트릭스 조성물을 제조한 후에 100℃에서 1시간 동안 후경화를 실시하였다. 본 발명에서 후경화 후의 매트릭스를 상기 실시예 1과 같이 측정하였다. 그 결과, 도 1에서 나타낸 바와같이 역시 비닐 에스테르가 각각 10중량% 및 20중량% 첨가된 경우 에폭시 자체의 굴곡강도에 비해 약 1% 및 2%의 증가를 보이며, 굴곡탄성률의 경우 에폭시 자체의 값과 유사한 값을 나타냈다.
[실시예 8]
중점도를 갖는 DGEBA계 에폭시 "YD-128"[국도화학(주) 제품]에 저점도이며 삼액형으로 제조된 비스페놀계 비닐에스테르 "SR-825L"[세원화성(주) 제품]을 상기 실시예 1과 같이 하이브리드시켜 매트릭스 조성물을 제조한 후에 120℃에서 1시간 30분 동안 후경화를 실시하였다. 후경화 후의 매트릭스를 상기 실시예 2와 같이 측정하였다. 그 결과, 도 2에서 나타낸 바와같이 역시 비닐 에스테르가 각각 10중량% 및 20중량% 첨가될 경우, 에폭시 자체의 인장강도에 비해 약 3% 및 4% 증가하였다.
[실시예 9]
고점도를 갖는 반고형 타입의 DGEBA계 에폭시 "YD-134"[국도화학(주) 제품]에 저점도이며 삼액형으로 제조된 비스페놀계 비닐에스테르 "SR-825L"[세원화성(주) 제품]을 상기 실시예 1과 같이 하이브리드시켜 매트릭스 조성물을 제조한 후에 150℃에서 2시간 동안 후경화를 실시하였다. 경화 후의 매트릭스를 상기 실시예 3과 같이 측정하였다. 그 결과, 도 3에서 나타낸 바와같이 역시 비닐 에스테르가 각각 10중량% 및 20중량% 첨가될 경우, 에폭시 자체의 충격강도에 비해 약 1% 및 2%의 증가하였다.
본 발명에 따른 매트릭스는 기존의 열경화성 수지인 에폭시 수지와 비닐 에스테르 수지를 특정 혼합비로 하이브리드시킴으로써 열적, 기계적 및 내화학적 성질은 물론 속경화성과 작업용이성이 우수하다.

Claims (5)

  1. (정정) 에폭시 수지 80 내지 90중량%와 비닐 에스테르 수지 10 내지 20중량%를 하이브리드시킨 조성물을 포함하는 복합재료용 매트릭스.
  2. (정정) 제 1항에 따른 하이브리드된 매트릭스에 섬유강화재가 포함된 복합재료.
  3. (정정) 제 2항에 있어서, 섬유강화재가 유리섬유인 것을 특징으로 하는 복합재료.
  4. (정정) 에폭시 수지 80 내지 90중량%와 비닐 에스테르 수지 10 내지 20중량%를 하이브리드시킨 조성물을 로울러에 의해 섬유강화재에 도포시켜 복합재료를 제조하는 방법.
  5. (정정) 제 4항에 있어서, 에폭시 수지를 100 내지 150℃에서 1 내지 2시간 동안 후경화를 실시한 후 비닐 에스테르를 첨가하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 제조하는 방법.
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