다관능성 에폭시 수지

 

에폭시 수지에는 2관능성의 것 이외에 다관능성의 것도 있습니다. 상기그림에는 그 예를 나타내었다. 다관능성 수지의 경우도 그 경화기구는 동일하며, 이들 수지에서는 가교 밀도가 상승하게 됩니다.

 

그림(1) 에폭시 수지 경화에 수반하는 겔 분율 변화

그림(2) 에폭시 수지의 경화에 수반하는 인장강도의 변화

그림(3) 경화 에폭시 수지의 역학적 성질의 온도에 의한 변화

 

2종의 4관능성 수지를 2관능성 수지와 같이 DDM으로 경화하여, 그 겔 형성 과정을 나타낸 것이 그림(1) 입니다. 그림과 같이 2관능성 수지의 겔량이 약 20%일 때 4관능성 수지의 겔량은 100%에 가깝고 거의 망목을 형성했습니다. 2관능과 4관능성 수지의 경화에 수반하는 인장강도의 변화를 그림(2)에, 최종 경화물의 역학적 성질의 온도 변화를 그림(3)에 나타냈습니다.
그림(2)와 같이 4관능성 수지는 경화 초기부터 2관능성 수지보다 약 2배의 인장강도를 나타내는데, 이러한 성질은 망상 사슬의 발달이 빠른(그림(1)) 이유가, 이들의 역학적 성질이 주로 망상 사슬에 의존한다는 것도 시사해 줍니다.
그림(3)은 4관능성 수지의 경화물은 저온 영역에서 고온영역까지 높은 인장강도를 나타내고, 망목 밀도의 높이가 좋은 내열성이라는 근거를 나타냅니다. 또 이들의 계 어느 것에 대하여도 Tg 에서는 신장의 극대값을 관찰할 수 있습니다.

 

그림(4) 경화 에폭시 수지의 인장전단강도

그림(5) 경화 에폭시 수지의 체적수축(경화제 DDM, 경화온도 80℃)

 

같은 경화계의 경화에 수반하는 인장 전단 강도의 변화를 그림(4)-(a)에 최종 경화물의 인장 전단 강도의 변화를 그림(4)-(b)에 나타내었습니다. 그림에서 나타난것 같이 4관능성 수지는 인장 전단 강도는 2관능성 수지보다도 낮았습니다. 이것은 그림(5)와 같이 4관능성 수지가 2관능성 수지의 약 2배의 경화수축을 나타내기 때문입니다.
즉, 인장 시험편과 같이 경화와 함께 3차원으로 자유로이 수축할 수 있는 경우는 수축에 따른 내부 응력의 발생은 거의 없게 됩니다. 이에 대하여 그림(4)의 접착 시험편과 같이 두께 방향으로는 자유로이 수축할수 있어도 접착면에 평행한 2방향으로는 수축할 수 없을 경우에는 경화 수축에 따른 내부 결함이나 동결 응력 등 때문에 인장 강도가 저하하는 것으로 볼 수 있습니다.

 

그림(6) 경화 에폭시 수지의 박리강도

 

그림(6)에 같은 경화계의 박리강도를 나타내었습니다. 이 경우에는 4관능, 2관능성 수지 모두 1kg/25mm이하의 값을 나타냈습니다. 이것은 가교 밀도가 높거나 또는 리지드(rigid)한 경화계의 공통된 특징이라고 할 수 있습니다.
이들 2개의 경화계의 파괴면을 전자 현미경으로 관찰하면 2관능성 수지계에서는 명백한 미셀 구조(micelle structure)가 관찰되는데 대하여 4관능성 수지에서는 계전체가 1개의 미셀같이 보입니다. 이것은 2관능성 수지에서는 올리고머와 경화제에 의하여 꽤 많은 분자량의 사슬상 분자가 형성되어 매트릭스를 만들고, 다음에 3차원 망목을 갖는 부분이 미셀로 불용화하여 분리하는 데 대하여, 4관능성수지에서는 분자 사슬의 성장이 별로 진행되지 않은 단계에서 일시에 거의 완전한 망목 형성으로 진행하기 때문에(그림(1)) 거의 사슬상 고분자가 공존하지 않고 계전체가 미셀화하는 것으로 판단되고 있습니다.

 

 

 

 

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