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석탄계 핏치를 결합재로한 탄소/탄소 복합재의 제조 및 특징
Fabrication and Characteristics of CFRC(Carbon Firber Reinforced Carbon Composites) Fabricated with Carbon Fiber and Coal Tar Pitch Matrix

주혁종    (충남대학교 고분자공학과   ); 최돈묵    (충남대학교 고분자공학과   ); 오인석    (충남대학교 고분자공학과  );
  • 초록

    본 연구에서는 원료 석탄 핏치와 흑연화성이 우수한 THF 가용성분만을 추출한 핏치 결합재에 8H/Satin woven fabric 프리프레그 및 고탄성 및 고강도계 연속 탄소섬유 등을 보강하여 가압열성형법으로 green body 를 제조한 다음 탄화, 함침, 재탄화 및 흑연화 공정을 거쳐 열적 미 기계적물성이 우수한 CFRC를 제조하였으며, 주사전자현미경, 편광현미경, X선회절분석,열중량분석, 굴곡강도, 굴곡탄성률, 충간전단강도 등을 시험하였다. THFSP결합재를 $2300^{\circ}C$ 까지 열처리 한 다음 X선회절분석을 한 결과, 결정성이 가장 우수하여 (002) 면에서 $C_0$ /2인 값이 3.380 $\AA$ 였으며, 2 $\theta$ 값도 $26.276^{\circ}$ 로 천연흑연의 Bragg angle에 거의 접근하였으며 공기산화 반응특성을 시험하기 위하여 등온 열중량분석을 한 결과 $2300^{\circ}C$ 까지 흑연화 한 THFSP결합재가 산화에 대하여 가장 우수한 저항성을 나타내었다. 섬유용적률이 증가됨에 따라 65~70%까지는 기계적 물성이 중가하는 경향을 보였지만 그이상 섬유가 보강된 CFRC는 결합재의 부족으로 인하여 오히려 기계적 물성이 감소하였다. 또한 굴곡강도 시험후 주사전자현미경으로 파괴 단면을 관찰한 결과 THFSP결합재가 흑연화성이 우수하여 파괴시 결합재가 외력에 대한 흡수가 양호하여 보강재의 파괴를 억제했기 때문에 기계적 물성도 우수하게 나타났다.


    In this research, we attempt to fabricate an excellent CFRC(Carbon Fiber Reinforced Carbon), which has good thermal and mechanical properties, with 8H/satin woven fabric prepreg, high modulus and high strength type continuous carbon fiber and raw coal tar pitch(RCTP) matrix or THF soluble fraction(THFSP) matrix which has good graphitizability. Green bodies were fabricated with hot press molding technique and CFRC samples were made after carbonization, impregnation, recarbonization and graphitization steps. For the purpose of characterization of the physical properties, SEM, polarized light microscope, TGA were observed, and tested flexural strength, modulus and ILSS. After heat treating the THFSP matrix up to $2300^{\circ}C$ , the value of $C_0$ /2 was 3.380 $\AA$ , which is analogous to the structure of natural graphite and the value of 2 $\theta$ is $26.276^{\circ}$ approached to the Bragg's angle of natural graphite. As a result of TGA to test the high temperature air oxidation, the THFSP matrix, graphitized up to $2300^{\circ}C$ , exhibited the best air oxidation resistance. And mechanical properties were increased up to 65~70% as fiber volume fraction increased. Because of the good orientation graphitizability, the fracture surface of THFSP matrix CFRC is very good.


  • 참고문헌 (12)

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  • Joo, Hyeok-Jong (41)

    1. 1973 "Vinyl 단양체의 펄프섬유에 대한 Graft중합(제1보)" 韓國纖維工學會誌 = Textile science and engineering 10 (3): 7~13    
    2. 1973 "Vinyl 단양체의 펄프섬유에 대한 Graft중합(제2보)" 韓國纖維工學會誌 = Textile science and engineering 10 (3): 14~18    
    3. 1992 "이차원 구조(2D) 탄소섬유 보강 복합재의 탄화공정중 기질의 형태 변화" 한국재료학회지 = Korean journal of materials research 2 (4): 298~305    
    4. 1993 "졸-겔법으로 알루미나를 도포한 탄소/탄소 복합재의 산화 억제효과" 한국재료학회지 = Korean journal of materials research 3 (4): 372~380    
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    6. 1995 "혼성섬유 보강복합재의 마찰 및 마모특성" 한국재료학회지 = Korean journal of materials research 5 (3): 316~323    
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    8. 1997 "석탄계 핏치로 부터 탄소/탄소 복합재를 제조하는 공정중 가압탄화의 효과" 한국재료학회지 = Korean journal of materials research 7 (5): 397~402    
    9. 1997 "4D-탄소/탄소 복합재료의 삭마특성" 한국재료학회지 = Korean journal of materials research 7 (8): 687~693    
    10. 1997 "열중량분석을 이용한 PVC 핏치의 산화 안정화에 관한 연구" 한국재료학회지 = Korean journal of materials research 7 (9): 738~743    
  • 오인석 (8)

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