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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

박성민 (금오공과대학교, 금오공과대학교 대학원)

지도교수
이종근
발행연도
2013
저작권
금오공과대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수3

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

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In this work, thermally conductive polymer composites containing milled carbon fiber (MCF) were manufactured and characterized using laser flash analysis to measure thermal conductivity and optical microscopy to observe MCF in the matrix. Dicyclopentadiene (DCPD) and epoxy resins (YD-115 with low viscosity and YD-128 with high viscosity) were used as resin matrix to efficiently hold the fiber in place. MCF was aligned by applying a magnetic field with a permanent magnet with a magnetic flux density of 0.47 Tesla to improve thermal conductivity.
Various manufacturing parameters such as distance between specimen and magnet and position of specimen under magnet were examined for DCPD/MCF composites. It revealed that the largest enhancement in thermal conductivity was obtained when the magnetic field was applied at the closest distance between specimen and magnet. The thermal conductivity was increased with increase of MCF content, and more efficiently under a magnetic field. The enhanced thermal conductivity at the MCF content of 20 vol% was about 160 % higher than that of unaligned counterpart.
In the two epoxy resins, thermal conductivity was increased up to 10 vol% and 8 vol% MCF contents for YD-115 and YD-128, respectively, under the magnetic field as for DCPD, but decreased thereafter. The decrease of the thermal conductivity may be due to the higher viscosity of the epoxy resins compared to DCPD, leading to the MCF orientation more difficult under the magnetic field. Aligned YD-115/10 vol% and YD-128/8 vol% MCF specimens under a magnetic field showed 323 % and 325 % enhancement in thermal conductivity. The alignment of MCF in matrix resins as observed by optical microscopy is the major reason for the enhancement of the thermal conductivity.
Theoretical models such as Halpin-Tsai. Nielsen, and modified Nielsen, were applied to the thermal conductivity data as a function of MCF content obtained in this work. Although Halpin-Tsai model was a big difference between experimental and theoretical data, Nielsen and modified Nielsen models fit the experimental data well by adjusting shape factor in the models.

목차

제 1 장 서론 1
1.1 열경화성 고분자 1
1.1.1 Dicyclopentadiene(DCPD) 1
1.1.2 에폭시 수지(Epoxy resin) 1
A) Glycidyl 형 에폭시() 3
1.1.3 아민경화제 5
1.2 열전도성 고분자 복합재료 5
1.3 필러의 배향 7
1.3.1 자기장을 통한 필러의 배향 7
A) 고분자/탄소소재 복합체 7
B) 고분자/금속코팅탄소소재 복합체 12
1.3.2 전기장을 통한 필러의 배향 13
1.3.3 물리적인 힘을 이용한 필러의 배향 13
1.4 열전달에 대한 이론적 배경 13
1.4.1 전도 14
1.4.2 대류 15
1.4.3 복사 15
1.5 Laser flash analysis(LFA) 16
1.6 단섬유 보강 복합재료(SFRP) 19
1.7 열전도도 분석 모델 20
1.7.1 Halpin-Tsai 모델 20
1.7.2 Nielsen 모델 20
1.7.3 Modified Nielsen 모델 21
제 2 장 실험 25
2.1 실리콘 몰드 제작 25
2.2 열전도도 측정용 시험편 제조 25
2.2.1 DCPD/MCF 시스템 25
A) Grubbs 촉매 재결정 25
B) DCPD/MCF 복합체 제작 27
2.2.2 에폭시 시스템 27
2.3 자기장 인가 장치 28
2.4 시험편의 특성 분석 30
2.4.1 레이저 플래시 분석법(Laser flash analysis, LFA) 30
2.4.2 변조시차주사열량계(Modulated differential scanning calorimetry, MDSC) 30
2.4.3 광학현미경(Optical microscope, OP) 30
2.4.4 자외선-가시광선 분광계(Ultraviolet-visible spectrophotometer) 31
2.4.5 적외선-열화상 카메라(IR-Thermo camera) 31
제 3 장 결과 및 고찰 32
3.1 자기력 비인가 시험편 32
3.2 Dicyclopentadiene(DCPD) 35
3.2.1 자석과 시료의 수직 거리변화 35
3.2.2 자석과 시료의 수평 위치 변화 35
3.2.3 UV-visible 분광계 측정 39
3.2.4 MCF의 함량의 변화 39
3.2.5 자성 입자의 효과 46
A) 자성입자 크기와 종류 46
B) 자성 입자 함량변화 46
ⅰ) 산화(Ⅲ)철(∼50 nm) 46
ⅱ) 니켈 분말 52
3.3 에폭시 수지 52
3.3.1 저점도 에폭시 52
A) 자기력의 효과 52
B) MCF 함량 변화 56
3.3.2 고점도 에폭시 60
A) 자기력의 효과 60
B) MCF 함량의 변화 64
3.4 MCF 함량에 따른 열전도도 변화(DCPD, 저점도?고점도 에폭시) 68
3.5 열전도도 분석 모델 적용 68
3.5.1 DCPD 68
3.5.2 에폭시 수지 76
A) 저점도 에폭시 수지 76
B) 고점도 에폭시 수지 76
3.6 적외선-열화상 카메라(IR-Thermo camera)를 이용한 열전도도 변화 양상 관찰 85
3.7 본 기술이 적용될 수 있는 열 및 광 경화성 수지 85
3.8 본 기술이 적용될 수 있는 자성입자 88
제 4 장 결론 90
참고 문헌 94

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