Elastomers and Composites Vol. 48, No. 2, pp. 133~140 (June 2013) doi: 시아네이트에스터수지의화학유변학적거동및탄소섬유강화고분자복합재료의물성

Elastomers and Composites Vol. 48, No. 2, pp. 133~140 (June 2013) doi: http://dx.doi.org/10.7473/ec.2013.48.2.133 시아네이트에스터수지의화학유변학적거동및탄소섬유강화고분자복합재료의물성 나효열 윤병철 * 김승환 ** 이성재 수원대학교신소재공학과, * 무한컴퍼지트, ** 케미다스테크놀로지접수일 (2013 년 1 월 9 일 ), 수정일 (1 차 : 2013 년 2 월 7 일, 2 차 : 2 월 15 일 ), 게재확정일 (2013 년 2 월 28 일 ) Chemorheological Behavior of Cyanate Ester Resin and Properties of Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites Hyo Yeol Na, Byung Chul Yoon *, Seung Hwan Kim **, and Seong Jae Lee Department of Polymer Engineering, The University of Suwon, 17, Wauan-gil, Bongdam-eup, Hwaseong, Gyeonggi 445-743, Korea * Muhan Composite Co. LTD., 27-8, Samgye-ri, Pogok-eup, Cheoin-gu, Yongin, Gyeonggi 449-814, Korea ** Kemidas Technologies INC., Business Incubation Center, The University of Suwon, 17, Wauan-gil, Bongdam-eup, Hwaseong, Gyeonggi 445-743, Korea (Received January 9, 2013, Revised February 7, 2013, February 15, Accepted February 28, 2013) 요약 : 탄소섬유강화고분자 (CFRP) 복합재료는고분자매트릭스내에탄소섬유를강화제로사용한복합재료이다. 최근고온및고진공조건이요구되는항공우주및전자산업용고성능재료로사용하기위해높은열안정성과낮은기체방출특성을갖는 CFRP 복합재료가활용되고있다. 이러한용도에시아네이트에스터수지는가장적합한매트릭스수지로꼽히고있다. 본연구에서는시아네이트에스터수지와촉매의조합, 경화거동및경화사이클을최적화하기위해화학유변학적거동을분석하였다. 최적조건은촉매 을첨가한수지조성물을 150 o C 에서경화한경우로나타났다. 열안정성과기체방출특성을분석한결과경화된수지조성물은열분해온도 385 o C 및전체질량손실 0.29% 를나타내었다. 설정한수지조성및경화조건을사용하여 CFRP 프리프레그및이를적층한복합재료를제조하였다. 복합재료의인장탄성률을이론적모델과비교한결과매우일관성이있었다. ABSTRACT Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites consist of carbon fibers in a polymer matrix. Recently, CFRP composites having high thermal stability and low outgassing are finding their use in high performance materials for aerospace and electronics applications under high temperature and high vacuum conditions. Cyanate ester resin is one of the most suitable matrix resins for this purpose. In this study, proper combination of cyanate ester and catalyst, curing behavior, and cure cycle were determined by chemorheology. Optimum condition was found to be catalyst content of 100 ppm and curing temperature of 150 o C. Thermal stability and outgassing of cured resin composition were analyzed and the results showed thermal decomposition temperature of 385 o C and total mass loss of 0.29%. The CFRP prepregs and subsequent composites were fabricated by predetermined resin composition and the cure condition. Tensile moduli of the composites were compared with theoretical models and the results were very consistent. Keywords CFRP composites, cyanate ester resin, chemorheology, thermal stability, tensile modulus 서론탄소섬유와고분자매트릭스로구성된복합재료는가벼우면서우수한탄성률과강도를나타내며열팽창률이작은특징으로인해낚싯대, 골프채, 스키, 스노보드, 서핑보드등의스포츠레저분야와토목건축구조물의보강재, 풍력블레이드, 압력용기등산업분야전반에걸쳐폭넓게사용되어왔다. Corresponding Author. E-mail: sjlee@suwon.ac.kr 최근에는항공기동체, 주날개, 꼬리날개및인공위성의플랫폼과탑재체, 태양전지집열판, 안테나, 광학플랫폼, 초저온탱크 (cryogenic tank) 등항공우주용첨단신소재영역까지활용범위를넓혀가고있다. 1 탄소섬유복합재료에사용되는대표적인경화성고분자인에폭시수지 (epoxy resin) 는고분자매트릭스수지중에서대략 80% 에이를정도로광범위하게사용되고있다. 하지만, 에폭시수지는고기능성을요구하는몇몇분야에서사용이어려운데이는내수성및저온저항성이나쁘며고온에서의사용온도도그다지높지않기때문이

134 Hyo Yeol Na et al. / Elastomers and Composites Vol. 48, No. 2, pp. 133~140 (June 2013) 다. 2,3 따라서보다내수성및내열성이높은매트릭스수지개발의필요성이대두되고있다. 전기, 전자, 반도체산업및항공우주산업용소재에서고려되어야할중요한요소중의하나는기체방출 (outgassing) 특성이다. 4,5 소재및부품에서발생하는기체방출은고진공조건및일정한진공상태유지가중요한공정조건에서문제가되는데이는제품의성능에중요한영향을미치기도하며, 공정시스템에서예측하지못하는문제를초래하기도한다. 예를들어, 디스플레이패널의경우제조공정에서장비또는제품의부품재료에서기체방출이많이발생하여진공도저하를초래하게되면디스플레이패널의선명도뿐아니라패널이구현하는색상에도영향을미치게된다. 또한, 기체방출특성은우주공간에서사용될항공우주용소재에서도중요한이슈가된다. 인공위성재료의경우우주공간은고진공상태이므로지상에서와는다르게기체방출이항상존재하며특히태양이비치는면이가열되어방출된기체가그늘진곳의차가운면에흡착되면내부의미세한회로부품등에영향을미칠수있다. 내열성이우수하고기체방출이적은매트릭스수지로는폴리이미드 (polyimide) 수지및시아네이트에스터 (cyanate ester) 수지가대표적인데그중에서도기체방출이적은특성은시아네이트에스터가보다우수한것으로알려져있다. 시아네이트에스터수지의대표적인특징은높은유리전이온도 (T g ), 우수한난연성, 낮은열팽창률, 우수한유전특성 (dielectric properties), 에폭시수지에상응하는가공편의성등을들수있다. 6,7 또한고온안정성, 낮은기체방출특성, 내수성및방사선에대한저항성이우수하여항공우주및전자산업용고성능재료개발에적합한열경화성고분자수지로알려져있다. 8-10 이에본연구에서는화학유변학 (chemorheology) 을활용하여시아네이트에스터수지와촉매의최적배합및경화조건을선정하였고경화된수지조성물의열안정성및기체방출특성을파악하였다. 제안된수지조성물은탄소섬유프리프레그 (prepreg) 를제조하기위한매트릭스수지로사용되었다. 탄소섬유강화복합재료는프리프레그를적층한다음선정된경화조건에의거하여제조되었고인장시험을통해복합재료의강도및탄성률을분석하였다. 실험 1. 시약및재료본연구에서는내열성이높은 phenol-novolac 계열의시아네이트에스터 (Primaset PT-30, Lonza) 를 11,12 매트릭스수지로사용하였다. Figure 1은사용한 PT-30 수지의화학구조식을나타낸것이다. 시아네이트에스터수지는자체적으로경화가가능하지만 acetylacetonate 또는 octoate 리간드가결합된금속 촉매를첨가하면경화시간을줄일수있다. 여기서는고체분 말상으로존재하는 cobalt (III) acetylacetonate (Aldrich) 를사용 하였다. 탄소섬유는일방향형태와직조형태를사용하였는데 직조물의 weaving 방법및섬유필라멘트가닥의수에따라 다양한종류가있다. 탄소섬유필라멘트는 Mitsubishi Rayon 사 에서제조한 TR50 과 TR30 을사용하여, TR50 을일방향으로배 열한탄소섬유직물 (UD fabric) 과 TR30 을직조형태로엮은탄 소섬유직물 (woven fabric) 을대상으로실험하였다. Mitsubishi Rayon 의제품카탈로그에서제시하는주요물성을 Table 1 에 나타내었다. 두가지모두인장물성은거의비슷한것으로볼 수있다. Figure 1. Chemical structure of phenol-novolac cyanate ester. Table 1. Mechanical properties of carbon fiber filaments (TR50 and TR30) Carbon fiber Tensile modulus Tensile strength Density (GPa) (GPa) (g/cm 3 ) TR50 234 4.8 1.82 TR30 234 4.4 1.77 2. 프리프레그및복합재료제조 탄소섬유에시아네이트에스터를함침시킨프리프레그는 다음의방법으로제조하였다. 스테인리스판재에이형지를놓 고질량을측정한탄소섬유직물을고정시킨뒤수지조성물을 탄소섬유직물에도포하였다. 직물에수지가충분히스며들게 하기위해 sealant 테이프와 bagging 필름을활용한수지주입용 진공흡입장비를이용하였다. 판재를들어내고이형지를제거 한후수지함량을측정하였고시험용프리프레그는가능한 한곧바로복합재료제조에사용하였다. 탄소섬유 / 시아네이트 복합재료는다음과같이제조하였다. 제조한프리프레그를필 요한크기로재단한다음, 스테인리스하판에이형지를놓고 성형품의두께만큼적층하였다. 성형품상부에다시이형지를 놓고스테인리스상판을얹었다. 적층한프리프레그는압축 프레스나오토클레이브에서본연구에서제안하는경화사이 클에의거하여경화한후복합재료제품을얻었다. 3. 분석 시아네이트에스터수지조성물의최적흐름성을확보하고 경화에따른복소점도 (complex viscosity), 저장탄성률 (storage

Chemorheological Behavior of Cyanate Ester Resin and Properties of Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites 135 modulus), 손실탄성률 (loss modulus) 등의화학유변물성 (chemorheological properties) 을분석하기위해회전형유변물성측정기 (MCR300, Paar Physica) 를사용하였다. 시아네이트에스터수지경화물의열안정성은열중량분석법인 TGA (STA 409, Netzsch) 로분석하였는데질소분위기하에서 600 o C까지 10 o C/min의승온속도를부과하였다. 경화수지의기체방출특성은전체질량손실 (TML) 측정장치를이용하여질량변화를측정하는것으로한국표준과학연구원 (KRISS) 에서제작한장치로 ASTM E595 에의거하여분석하였다. 탄소섬유복합재료의기계적물성은만능시험기 (UTM, 5585H, Instron) 로분석하였는데 ASTM D3039 에의거하여인장강도와탄성률을측정하였다. 인장시험은상대습도 50%, 측정온도 23 o C 조건에서 3 mm/min 의인장속도를부과하여측정하였다. 인장시험의결과는각복합재료당 7장의시편을측정하여평균값과표준편차로나타내었다. 결과및고찰 1. 시아네이트에스터수지의경화거동시아네이트에스터수지 (PT-30) 의점도거동을확보하는것은복합재료제조시수지의최적흐름성을파악하기위해기본적으로필요하다. 먼저시아네이트에스터수지의온도에따른점도변화를고찰하기위하여정상전단유동 (steady shear flow) 조건에서승온실험으로분석하였다. Figure 2는시아네이트에스터수지의온도에따른점도를나타낸것이다. 실험에서부과한조건은전단속도 (shear rate) 1 s -1, 승온속도 2 o C/min이다. 프리프레그제조시의수지의적정점도는 0.1~1 Pa.s 정도이다. 이에본연구에서는이범위내의점도 (0.45 Pa.s) 를나타내는 80 o C 를작업성이가장좋은온도로설정하 였다. 100 o C 이하에서는촉매첨가에의한영향은크지않았 으며, 이보다높은온도에서는점도변화의편차가크게나타 났는데이는온도상승에따라수지의점도가낮아져장비의 측정가능응력범위를벗어났기때문이다. Complex viscosity (Pa.s) 10 8 10 7 200 ppm 10 6 50 ppm 10 5 10 4 10 3 10 0 10-1 10-2 50 100 150 200 250 Figure 3. Effect of catalyst content on complex viscosity of cyanate ester resin during curing (heating rate: 2.5 o C/min; strain: 3% at 30-150 o C and 0.3% at 150-250 o C; frequency: 20 s -1 ). 10 8 200 ppm Viscosity(Pa.s) 10 3 0 ppm 10 0 10-1 Storage modulus (Pa) 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 0 10-1 50 ppm 10-2 40 60 80 100 120 Figure 2. Steady shear viscosity of cyanate ester resin depending on catalyst content (heating rate: 2 o C/min; shear rate: 1 s -1 ). 10-2 50 100 150 200 250 Figure 4. Effect of catalyst content on storage modulus of cyanate ester resin during curing (heating rate: 2.5 o C/min; strain: 3% at 30-150 o C and 0.3% at 150-250 o C; frequency: 20 s -1 ).

136 Hyo Yeol Na et al. / Elastomers and Composites Vol. 48, No. 2, pp. 133~140 (June 2013) Loss modulus (Pa) 10 8 10 7 200 ppm 10 6 50 ppm 10 5 10 4 10 3 10 0 10-1 10-2 50 100 150 200 250 Figure 5. Effect of catalyst content on loss modulus of cyanate ester resin during curing (heating rate: 2.5 o C/min; strain: 3% at 30-150 o C and 0.3% at 150-250 o C; frequency: 20 s -1 ). Storage modulus (Pa) 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Time(s) 200 ppm 50 ppm Figure 6. Effect of catalyst content on storage modulus of cyanate ester resin during curing at temperature of 150 o C (heating rate: 5 o C/min from 30 to 150 o C; frequency: 40 s -1 ). 시아네이트에스터수지의촉매첨가에따른경화거동은 화학유변학에의해분석하였다. 수지조성물은분석중에경 화과정을거치므로분석도중경화재료의물성에영향을끼치 지않도록소진폭진동전단 (small amplitude oscillatory shear) 시험을택해가능한한선형점탄성영역범위내에서분석하 였다. 일반적으로경화반응이느리고단일단계경화로완료 되는경화성수지의경우에는경화온도는겔화온도보다높이설정하여가교결합이충분하게이루어지도록하지만, 급격한경화반응을나타내는수지의경우곧바로겔화온도로설정하면급격한발열로인해경화된수지의망상구조 (network structure) 가치밀하지않게된다. 이를방지하기위해다단계경화반응을거치게되며 1단계에서는겔화온도보다낮게설정하고 2단계또는그이상단계에서겔화온도보다높은온도로설정하여가교밀도를극대화시킨다. 경화성수지의온도의존성거동 (temperature sweep) 을화학유변학적으로평가할때저장탄성률및손실탄성률그래프가최소를보이는지점에서경화반응이시작되는온도 (onset temperature) 로간주할수있다. 13 또한겔화점 (gel point) 은경화반응시점탄성액체가탄성고체로변화하는지점으로해석하는데, 이는반응도중에극히다양한분자형태를갖기때문에망상구조가형성되는순간혹은액체로부터고체로의상전이가일어나는순간을이지점으로보기때문이다. 14 유변학적으로는저장탄성률과손실탄성률이만나는교차점 (crossover point) 을겔화점으로해석하는경향이있는데이지점이후에는저장탄성률이손실탄성률보다커져고체적특성이지배적인물질로존재하기때문이다. Figures 3-5는촉매함량에따른경화거동의차이를비교하기위해복소점도, 저장탄성률, 손실탄성률을나타낸것으로경화전후의수지상태가완전히다르므로변형률을다르게정한다음유변물성을측정하였다. 측정온도범위는 30~250 o C ( 승온속도 : 2.5 o C/min) 인데 30~150 o C까지는변형률을 3% 로 150~250 o C에서는 0.3% 로부과하였고주파수는전영역에걸쳐 20 s -1 로부과하였다. 촉매함량이증가할수록경화거동이빠르게진행되고있음을알수있다. 촉매함량에따른손실탄성률이최소인지점으로설정한경화반응시작온도 (onset T), 겔화온도 (gelation T), 두온도사이의값으로결정한경화온도 (curing T) 를 Table 2에나타내었다. 화학유변물성분석을통해촉매함량이증가할수록경화온도가낮아지고있음을정량적으로파악할수있었다. 경화온도, 경화시간, 경화재료의저장탄성률및경화물의외관등을전반적으로고려해볼때촉매함량 인경우가최적인것으로결정하였다. 시아네이트에스터수지의촉매첨가에따른등온경화거동을파악하기위하여촉매함량 100 ppm에서결정된경화온도 150 o C를등온경화조건으로정하여시간에따른저장탄성률변화를고찰하였다. Figure 6는 150 o C 등온경화조건에서촉매함량에따른저장탄성률의변화를보여주는것으로 30 o C의수지조성물이 150 o C에도달할때까지는 5 o C/min 의승온속도를부과한후 150 o C를유지하였다. 본실험에서는측정시데이터의변동 (fluctuation) 을줄이기위하여주파수를 40 s -1 로부과하였다. Table 2에주어진경화온도와비슷하게촉매함량이 인경우는 150 o C 근방에서, 200 ppm인경우는그이하에서, 50 ppm인경우는그이상에서경화가시작되고있음을알수있다.

Chemorheological Behavior of Cyanate Ester Resin and Properties of Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites 137 250 o C /2hrs 150 o C /1hr 2.5 o C/min 180 o C /3hrs 2.5 o C/min -3 o C/min 2.5 o C/min Figure 7. Proposed cure cycle of cyanate ester resin with catalyst content of. Table 2. Onset temperature of curing reaction, gelation temperature and curing temperature of cyanate ester resin depending on catalyst content Onset T ( o C) Gelation T ( o C) Curing T ( o C) 50 ppm 145 180 160 130 165 150 200 ppm 115 145 130 위해 2단계시의경화온도를 180 o C로낮추고승온속도도조절하여경화사이클을수정한결과본연구에서대상으로하는수지조성물의경우에는 Figure 7에주어진경화사이클이최적경화공정조건인것으로결정하였다. 3. 시아네이트에스터수지경화물의내열성및기체방출특성 100 2. 시아네이트에스터수지조성물의경화사이클설정경화성수지를경화시킬경우경화온도는 1단계설정 ( 전경화, precure) 으로종료되는게아니라 2단계, 3단계등후경화 (post cure) 를거쳐완료된다. 후경화를거치게되면수지의경화반응을충분하게완료시켜 T g 등의내열성이더욱향상된다. PT-30 의제조회사인 Lonza 에서추천하고있는경화사이클은 150 o C에서 1시간, 200 o C에서 3시간, 250 o C에서 3시간으로되어있다. 하지만제시된경화사이클을적용할수있는수지조성물에대한정보도없으며각단계별등온경화전후에요구되는승온조건이명시되어있지않아본연구에서제시하는수지조성물에대한경화사이클을구성하여최적조건을도출하고자하였다. 우선 Lonza 에서제시하는경화사이클을따르면서승온조건을임의로부과해보았다. 이조건으로는 200 o C 후경화시표면에주름이진형상을보였는데급격한발열에의한표면손상으로여겨진다. 이를보완하기 Weight (%) 80 60 40 20 0 CE resin HY resin EP resin 100 200 300 400 500 600 Figure 8. Thermogravimetric analysis of cyanate ester (CE) resin, hybrid (HY) resin and epoxy (EP) resin. For clarity, the starting weights were shifted to 10% and 20% downward for HY and EP resins, respectively.

138 Hyo Yeol Na et al. / Elastomers and Composites Vol. 48, No. 2, pp. 133~140 (June 2013) 시아네이트에스터수지경화물의열안정성은 TGA 를사용 한열중량분석법으로확인하였다. Figure 8 은본연구에서 대상으로하는시아네이트에스터 (CE) 수지의 TGA 결과를 보여주는데, 에폭시 (EP) 수지와에폭시와시아네이트에스터 를중량비 50:50 으로혼합한하이브리드 (HY) 수지의 TGA 결 과를함께제시하였다. ( 본논문에서는 EP 수지에대한제조방 법을생략함.) 개별그래프를명확하게구별하기위해 HY 수 지는 10%, EP 수지는 20% 감량시켜표시하였다. Table 3 은 각수지의중량감소가 2, 5, 10, 20% 일어날때의열분해온도 를정리한것이다. 에폭시수지에비하여시아네이트에스터 수지는열분해온도가거의 100 o C 가량높으며에폭시와시아 네이트에스터수지를중량비 50:50 으로섞은 hybrid 수지의 경우에도에폭시에비해열분해온도가상당히향상된것을 알수있다. Hybrid 수지의경우에는고가인시아네이트에스 터수지의사용량을줄이므로경제적인측면에서고려해볼 수있겠다. 경화수지의기체방출특성을평가하기위해 TML 측정장 치를이용하여질량변화를측정하였다. ASTM E595 에규정된 방법은부품표면에흡착또는함유된용제, 수분, 미반응물질, 낮은기화온도를가지는물질등의탈가스성분함량을결정 하여항공우주분야에사용적합성을판단하기위한분석항목 이다. 시험조건인 125 o C 의진공상태는우주공간의진공환경 에대한모사조건으로사용되고있으며미국의 NASA 에서는 1% 미만의총질량손실백분율 (%TML) 를요구한다. %TML 은 다음의식 (1) 로계산된다. M M f TML M (1) 여기서 M 은시험전시료질량, M f 는시험후시료질량을 의미한다. 시험결과로 M 과 M f 를각각 0.28378 g 과 0.28296 g 을얻어 %TML 은 0.289% 인것으로나타났다. 이는 1% 미만 을충분히만족하는결과이다. Table 3. Weight loss temperatures of epoxy, hybrid and cyanate ester resins Weight loss Wt. loss T ( o C) of Wt. loss T ( o C) Wt. loss T ( o C) EP resin of HY resin of CE resin 2% 291 353 385 5% 334 365 411 10% 354 373 422 20% 369 383 481 4. 탄소섬유 / 시아네이트에스터복합재료의기계적물성 수지조성물에탄소섬유를함침시켜프리프레그를제조하 고이를적층하여판상형복합재료를제작하였다. 제조한세 가지종류의프리프레그는첫째, 일방향 (UD) 탄소섬유에시 아네이트에스터수지를함침시킨 UD 프리프레그 ( 수지함량 36 wt%), 둘째, 직조탄소섬유에시아네이트에스터수지를 함침시킨 woven 프리프레그 A( 수지함량 40 wt%), 셋째, 직조 탄소섬유에시아네이트에스터수지를함침시킨 woven 프리 프레그 B( 수지함량 65 wt%) 이다. 판상형복합재료는제조한 세종류의프리프레그를각각 8 장씩적층한후경화시켜제조 하였다. 각판상형재료의크기는 300 mm x 300 mm 으로인장 시험규격에맞게절단하여측정용시편으로사용하였다. Figure 9 은본실험에서사용한복합재료의인장시편규격을 Test specimen Tab Strain gauge 25 50 Fiber direction 50 250 Figure 9. Standard tensile specimen of carbon fiber-reinforced polymer composites. Unit: mm

Chemorheological Behavior of Cyanate Ester Resin and Properties of Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites 139 Table 4. Mechanical properties of UD, Woven A and Woven B specimens Width (mm) Thickness (mm) Tensile strength (MPa) Tensile modulus (GPa) UD 25.18 ± 0.05 1.98 ± 0.01 2205.20 ± 188.41 140.52 ± 15.49 Woven A 25.00 ± 0.04 1.83 ± 0.05 688.18 ± 178.44 70.12 ± 14.55 Woven B 25.21 ± 0.05 2.86 ± 0.12 319.50 ± 8.82 39.99 ± 2.07 나타낸다. 인장시편의두께는 UD 판상의경우평균 1.98 mm 이고, woven 판상 A 및판상 B 의경우에는각각 1.83 및 2.86 mm 이다. 제조한세가지형태의복합재료시편 (UD 시편, Woven A 시편, Woven B 시편 ) 각각에대한인장시험의결과를 Table 4 에정리하여나타내었다. Table 1 에나타낸탄소섬유필라멘 트의물성과비교해보면정성적으로섬유배열및수지함량 에따라물성이결정됨을알수있다. 측정한인장탄성률 (E) 을 이론적모델을이용한결과와비교해보았다. 모델로는섬유 가길이방향으로배향된복합재료를대상으로하여길이방 향과폭방향에서각각의탄성률예측식을사용하였다. 15 : E L m E m f E f (2) : E T m E f f E m E m E f (3) 여기서시아네이트에스터수지경화물의밀도 ( m ) 는 1.25 g/cm 3 를탄성률 (E m ) 은 3.2 GPa 를사용하였다. 16 질량분율 w 는 식 (4) 를이용하여부피분율 로환산하였다. f wf f w f f, m f (4) w m m UD 시편의경우 f m, E f = 234 GPa, E m = 3.2 GPa 을식 (2) 를대입하면 E L GPa 을얻게된다. Woven A 시편의경우 f m, E f = 234 GPa, E m = 3.2 GPa 을식 (2) 대입하면 E L GPa, 식 (3) 에 대입하면 E T GPa 을얻게되는데이시편은 E L 과 E T 가 혼합된경우이므로평균하면 E c GPa 을얻게된다. Woven B 시편의경우에는 f m, E f = 234 GPa, E m = 3.2 GPa 을식 (2) 에대입하면 E L GPa, 식 (3) 에 대입하면 E T GPa 을얻을수있고마찬가지로 E L 과 E T 가혼합된경우이므로평균하면 E c GPa 을얻게된다. 인장탄성률의경우 Table 3 에주어진실험값과단순한모델식 으로구한예측값이잘일치함을알수있는데, 이는화학유변 학적해석으로설정한수지조성물의경화조건과이를이용한 프리프레그제조및복합재료제조방법이타당하게제시되었 음을의미한다. 결론 기체방출이적고내열성이우수한수지로알려진시아네이 트에스터수지와코발트촉매의적정비율을선정하여탄소 섬유강화고분자 (CFRP) 복합재료용매트릭스수지로설정하 였다. 수지와촉매의배합비, 경화조건및경화사이클은수지 조성물의화학유변학적거동을분석하여결정하였다. 제시된 경화사이클에의거하여경화시킨매트릭스수지경화물의 열물성을열중량분석법으로측정한결과수지경화물이 2 wt% 감량이일어나는열분해온도는 385 o C 로우수한열안정 성을나타내었다. 또한기체방출특성을분석한결과총질량 손실 (TML) 0.29% 를얻었는데이는우주공간에서사용하기 위한재료의조건을충족시키는결과이다. 수지조성물을탄 소섬유에함침시켜프리프레그를제조하고이를적층시켜탄 소섬유 / 시아네이트에스터복합재료를제조하였다. 이복합재 료의기계적물성을측정한결과인장탄성률은탄소섬유의 배열및시아네이트에스터의함량에따른모델식의예측값에 상응하는일관성이있는결과를보여주었다. 감사의글 본연구는중소기업청에서지원하는 2012 년도산학연공동 기술개발사업 (No. C0032861) 의연구수행결과의일부로서연 구비지원에감사드립니다. Reference 1. P. Ren, G. Liang, and Z. Zhang, "Epoxy-modified cyanate ester resin and its high modulus carbon-fiber composites", Polym. Compos., 27, 402 (2006). 2. J. K. Kim, C. Hu, R. S. C. Woo, and M. L. Sham, "Moisture barrier characteristics of organoclay-epoxy nanocomposites", Compos. Sci. Tech., 65, 805 (2004).

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