일반적으로 탄소 나노튜브는 고분자의 재료특성을 향상시킬 수 있는 매우 우수한 보

강재로 인식되고 있다. 그러나 단일벽 탄소 나노튜브, 이중벽 탄소 나노튜브 및 다중

벽 탄소 나노튜브 중에서 어떤 나노튜브의 보강효과가 가장 좋은지 또는 탄소 나노

튜브의 표면 작용기 부여와의 상관관계는 어떤지에 대한 정확한 해답이 나와 있지

는 않다. 

 

독일 함부르그-하브르그 기술대학의 칼 슐트 교수팀은 이러한 질문에 대한 대답을 

얻기 위한 첫 번째 연구로서 다른 종류의 나노보강재를 적용하고 이들 나노보강재

가 에폭시(DGEBA)를 기반으로 하는 나노복합재료의 기계적 특성에 미치는 영향을 

분석하기 위한 연구를 수행했다. 또한 교수팀은 표면에 작용기를 부여한 나노보강재

의 표면 작용기 부여에 대한 영향도 분석했으며, 연구결과를 ''Composites Science 

and Technology 65 (2005) 2300-2313''에 게재했다.

 

탄소 나노튜브 보강재를 첨가하여 만들어진 나노복합재료는 에폭시 매트릭스에 비

해 향상된 강도와 탄성률을 보였으며, 특히 파괴 탄성률에서 아주 우수한 특성 향상

을 보였다(아미노 작용기가 부여된 이중벽 탄소 나노튜브를 15wt% 첨가한 경우에 

43%가 향상됐다.). 이 논문은 보강재의 함량변화, 분산정도, 보강재의 가로세로비, 

비표면적 및 아미노기 작용기의 부여정도와 복합재료의 기계적 특성과의 상관관계

를 조사했으며, 확인된 마이크로 메커니즘과의 관련성도 분석했다.

 

에폭시 매트릭스 내에서 탄소 나노튜브의 분산은 탄소 나노튜브의 비표면적이 클수

록 어려운 것으로 나타났으며 아미노 그룹으로 작용기를 부여했을 때 모든 탄소 나

노튜브의 분산성이 향상되어 안정한 현탁액이 만들어졌으며 재응집 현상이 감소됐

다. 이는 에폭시 수지와 아미노 그룹 사이에 반응이 가능하여 에폭시 네트워크 구조 

안으로 탄소 나노튜브가 통합되는 것이 가능하기 때문인 것으로 나타났다. 우수한 

성능의 나노복합재료를 개발하기 위해서 탄소 나노튜브의 우수한 분산과 탄소 나노

튜브와 에폭시 매트릭스 사이의 우수한 계면접착이 중요한 것으로 나타났다. 

 

파괴 탄성률에 영향을 주는 마이크로 메커니즘(에폭시 매트릭스의 플라스틱 변형, 

공간 핵형성, 응집에서의 갈라짐 휨 현상)이 분석됐는데, 마이크로 메커니즘은 보강

재의 형태와는 무관하지만 나노 기계적 메커니즘에서는 섬유 형태의 탄소 나노튜브

가 파괴 탄성률을 향상시켜 아미노기 작용기를 가진 이중벽 탄소 나노튜브에서 가

장 좋은 파괴 탄성률을 나타냈다.

 

결론적으로 탄소 나노튜브는 복합재료의 기계적 특성을 향상시키는 것과 함께 흥미 

있는 기능을 가지고 다기능성 특성을 가진 새로운 세대의 재료로 개발될 수 있는, 에

폭시 혹은 다른 수지의 변형을 위해 사용할 수 있는 가치 있는 화학 보강재이다. 특

히, 탄소 나노튜브는 기존에 사용하던 보강재와 결합하면 미래에 전망이 있는 유용

한 응용분야에 사용될 수 있는 복합재료 개발에 기여할 수 있다.

 

  정보출처   Composites Science and Technology 65 (2005) 2300-2313  

  원문언어   영어 

  출판날짜   2005년 10월 24일 

  국      가   독일 

  주제분야   복합재료(K14) 

  원본파일   http://techtrend.kisti.re.kr/down.jsp?

gubun=trend&down_url=/upload/sohankier/244ComSciTech_20051023.pdf