탄소나노튜브

탄소나노튜브의 첨가가 탄소섬유강화 복합재료의 층간계면에 미치는 파괴인성의 영향을 평가하기 위하여, Mode Ⅰ, Mode Ⅱ로 진행되는 파 괴에 대한 파괴인성을 구하였다. Fig. 5.6는 탄소나노튜브의 첨가 함유율 에 따른 탄소섬유강화 복합재료의 파괴인성을 나타낸 그래프이다. 탄소 나노튜브를 첨가하지 않은 탄소섬유강화 복합재료의 경우 약 495 J/m² 의 층간파괴인성을 가졌다. 탄소나노튜브의 함유량이 증가함에 따라 약 1.5 wt.%의 탄소나노튜브를 첨가한 시험편에서는 층간파괴인성의 변화가 작았으며, 2 wt.%의 탄소나노튜브를 첨가한 시험편에서는 파괴인성의 크 기가 작아지는 것을 알 수 있다. 이는 3.3.1장에서의 탄소나노튜브를 첨 가한 탄소섬유강화 복합재료에서 본 첨가량에 따라 강도가 저하하는 것

과 똑같은 양상을 보였다. 이를 근거로 탄소나노튜브의 함유량이 증가함 에 따라 층간계면에서 층간분리현상이 현저히 일어나며, 탄소나노튜브의 첨가에 의한 ModeⅠ 파괴양상의 방향으로는 보강효과가 미비한 것을 알 수 있다. 탄소나노튜브의 입자크기와 길이에 따른 파괴인성의 특징을 살펴보기 위해 Mode Ⅱ의 층간파괴인성 값을 구해보았다. 앞서 탄소나 노튜브의 첨가에 따른 Mode Ⅰ의 층간파괴인성에서 강도하락에 영향을 미치지 않은 1 wt.%의 시험편을 입자크기와 길이에 따라 파괴인성의 크 기를 측정해 보았다. Fig. 5.7은 탄소나노튜브의 입자 크기에 따른 Mode

Ⅱ의 파괴인성 그래프이다. 입자의 크기가 증가할수록 탄소나노튜브를 첨가한 복합재료의 층간파괴인성은 증가하였는데, 전단 방향으로 하중을 가한 시험편 내에서 탄소나노튜브의 입자 크기가 증가할수록 전단 하중 에 저항하는 힘의 크기가 커졌으며 이로 인해 층간파괴인성이 증가한 것 으로 사료된다.

Fig. 5.6 Average and measure GⅠC of mode Ⅰ fracture toughness of CNT specimens

Fig. 5.7 Average GⅡC of mode Ⅱ fracture toughness depend CNT particle size

Fig. 5.8은 탄소나노튜브의 함유율에 따라 SEM을 이용하여 촬영한 사 진이다. 전자현미경의 배율을 3만 배로 측정한 사진을 비교해보면 탄소 나노튜브의 함유량이 0.5 wt.%인 시험편의 경우 성장이 비교적 고르게 분포해있으며, 2 wt.%의 시험편에서는 탄소나노튜브의 성장이 국부적으 로 일어난 것을 관찰 할 수 있다. 2 wt.%의 함유량에서 단위면적당 탄소 나노튜브가 성장이 많이 일어나는 것이 정상적인 반응에서 확인할 수 있 는 현상이지만 탄소나노튜브의 고유한 성질인 탄소나노튜브간 응집력이 높아서 각각의 성장된 탄소나노튜브의 양이 적은 것으로 사료되며, 2 wt.%의 시험편에 탄소나노튜브가 응집된 것을 확인할 수 있다.

(a) CNT = 0.5%

(b) CNT = 2%

Fig. 5.8 Scanning electron micrographs of EP/CF/CNT composites.