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HWAHAK KONGHAK,
Vol.25, No.5, 504-511, 1987
Vol.25, No.5, 504-511, 1987
탄소섬유-메조페이스 핏치 복합재의 기계적 물성
Mechanical Properties of Carbon Fiber-Mesophase Pitch Composites
탄소섬유-메조페이스 핏치 복합재의 물성은 보강재인 탄소섬유의 표면처리, 결합재인 메조페이스 핏치 precursor의 준비, prepreg의 제조, 성형 및 탄화방법 등에 따라 영향을 받으며, 여러차례의 결합재 함침과 재탄화에 의하여 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
본 연구에서는 보강재와 결합재 사이의 결합력을 향상시키기 위하여 고탄성 탄소섬유를 30 % 황산 용액으로 5분간 양극 산화하였으며, 이렇게 표면처리된 탄소섬유와 메조페이스 핏치 precursor에 의한 단일방향 prepreg를 성형한 후 용기내에서 다시 메조페이스 핏치 precursor와 교대로 적층하고 이것을 1,000 ℃까지 탄화하여 초벌 성형품을 얻었고, 이들을 4회의 메조페이스 핏치 precursor 함침, 가압탄화, 재탄화하였다. 그 결과 약 58 % 탄소섬유 용적률을 갖는 성형품은 밀도가 1.79 g/㎤이었고, 층간 전단 강도가 30 MN/㎡, 굽힘강도가 520 MN/㎡, 굽힘 영률이 약 600 GN/㎡까지 증가되었다. 그러나 4회의 함침 조작에도 불구하고 기계적 물성치들이 이론값에 비하여 다소 뒤떨어지는 것은 아직도 복합재내에 미세한 공극들이 남아 있기 때문이며, 보강재와 결합재의 비율, 성형, 함침, 탄화방법 등의 개선으로 더 우수한 기계적 물성의 탄소-탄소 복합재를 만들 수 있다.
본 연구에서는 보강재와 결합재 사이의 결합력을 향상시키기 위하여 고탄성 탄소섬유를 30 % 황산 용액으로 5분간 양극 산화하였으며, 이렇게 표면처리된 탄소섬유와 메조페이스 핏치 precursor에 의한 단일방향 prepreg를 성형한 후 용기내에서 다시 메조페이스 핏치 precursor와 교대로 적층하고 이것을 1,000 ℃까지 탄화하여 초벌 성형품을 얻었고, 이들을 4회의 메조페이스 핏치 precursor 함침, 가압탄화, 재탄화하였다. 그 결과 약 58 % 탄소섬유 용적률을 갖는 성형품은 밀도가 1.79 g/㎤이었고, 층간 전단 강도가 30 MN/㎡, 굽힘강도가 520 MN/㎡, 굽힘 영률이 약 600 GN/㎡까지 증가되었다. 그러나 4회의 함침 조작에도 불구하고 기계적 물성치들이 이론값에 비하여 다소 뒤떨어지는 것은 아직도 복합재내에 미세한 공극들이 남아 있기 때문이며, 보강재와 결합재의 비율, 성형, 함침, 탄화방법 등의 개선으로 더 우수한 기계적 물성의 탄소-탄소 복합재를 만들 수 있다.
The mechanical properties of carbon fiber-mesophase pitch composites were affected by surface treatment of carbon fiber, preparation of mesophase pitch precursor, prepreg fabrication, moulding, carbonization, and so on. Impregnation and recarbonization is one of the methods of improving the mechanical properties.
High-modulus carbon fiber was anodic oxidized in 30 % sulfuric acid for 5 minutes to improve bonding between the fiber and the matrix. Uni-directional prepregs which were made by surface treated fiber and mesophase pritch pre-cursor were laminated again with mesophase pitch precursor powder in a moulder and hot-pressed up to 550 ℃ at 50 ㎏/㎠, which was carbonized up to 1,000 ℃ at the heating rate of 10 ℃/h. This green composite was impregnated, pressure carbonized, and recarbonized four cycles.
As a result, the specimen which contained about 58 % fiber volume shows the density of 1.79 g/㎤, the ILSS of 30 MN/㎡, the flexural strength of 520 MN/㎡, and the flexural modulus of 600 GN/㎡. However, in spite of four cycles of impregnation/recarbonization, the empirical values of mechanical properties were less than theoretical values as much as 5-20 %, because of some micropores which were not impregnated by matrix so far.
High-modulus carbon fiber was anodic oxidized in 30 % sulfuric acid for 5 minutes to improve bonding between the fiber and the matrix. Uni-directional prepregs which were made by surface treated fiber and mesophase pritch pre-cursor were laminated again with mesophase pitch precursor powder in a moulder and hot-pressed up to 550 ℃ at 50 ㎏/㎠, which was carbonized up to 1,000 ℃ at the heating rate of 10 ℃/h. This green composite was impregnated, pressure carbonized, and recarbonized four cycles.
As a result, the specimen which contained about 58 % fiber volume shows the density of 1.79 g/㎤, the ILSS of 30 MN/㎡, the flexural strength of 520 MN/㎡, and the flexural modulus of 600 GN/㎡. However, in spite of four cycles of impregnation/recarbonization, the empirical values of mechanical properties were less than theoretical values as much as 5-20 %, because of some micropores which were not impregnated by matrix so far.
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