섬유의 기계적 특성 및 음극 박리 저항성 강화

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13418(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 연구의 목적은 에폭시 복합 코팅의 기계적 특성과 음극 분리 저항에 대한 유리 섬유(GF)의 실란화 효과를 면밀히 조사하는 것입니다. 성공적인 실란화는 푸리에 변환 적외선 스펙트럼, 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM), 에너지 분산 X선 분광학 및 열중량 분석을 포함한 다양한 특성화 기술을 기반으로 승인되었습니다. 인장 강도 측정은 섬유 강화 폴리머(FRP)의 기계적 성능에 대한 실란화의 중요한 영향을 나타냈습니다. FE-SEM 단면 이미지는 실란화 시 에폭시 매트릭스와 GF 사이의 향상된 계면 결합을 보여줍니다. 풀오프 측정 결과, GF가 실란화되었을 때 염수 분무 챔버에 노출된 후 연강 표면에 대한 FRP의 향상된 습식 접착 강도가 나타났습니다. 또한, 실란화는 음극 박리(CD)에 대한 향상된 저항성을 나타냈습니다. 전기화학적 임피던스 분광학 및 전기화학적 소음 평가를 통해 실란화가 FRP의 CD 저항성에 미치는 중요한 영향을 입증했습니다.

에폭시 폴리머는 뛰어난 내화학성, 인성, 수축 저항 및 접착력을 포함한 많은 뛰어난 특성으로 인해 다양한 응용 분야에서 널리 사용되는 부식 방지 코팅으로 널리 활용됩니다1,2,3,4. 에폭시 코팅은 물/부식성 물질이 금속 기질로 전달되는 것을 효과적으로 차단하는 역할을 하며 심각한 부식성 매체로 인한 부식 속도를 줄여 서비스 수명을 늘립니다. 폴리머 코팅은 장벽, 억제 및 희생5,6,7,8,9의 세 가지 주요 메커니즘을 통해 금속 구조 부식을 크게 줄일 수 있습니다.

일반적으로 유기 코팅은 물, 산소 및 부식성 물질에 상대적으로 침투하기 쉽습니다. 따라서 부식성 전해질에 노출된 후 코팅은 일반적으로 균열 및 박리와 같은 결함을 형성하여 성능 저하 과정을 겪습니다. 이는 또한 코팅의 차단 성능을 심각하게 저하시켜 코팅과 기판의 경계면에 더 많은 물과 부식성 종이 침투하게 하고 금속 부식 속도를 가속화시킵니다. 코팅의 접착력 손실 및 박리로 인해 음극 및 양극 영역이 확장되어 전기화학 반응 속도가 증가합니다.

기판과 고분자 코팅 사이의 계면 상호 작용과 같은 다양한 요인은 부식성 매체12에서 코팅의 견고성에 영향을 미칩니다. 접착력 손실은 고분자 코팅의 보호 동작에 직접적인 영향을 미치기 때문에 금속 기판에 대한 코팅의 접착력을 향상시키기 위해 많은 노력이 이루어져 왔습니다.

연구에 따르면 다양한 첨가제 또는 부식 방지 안료가 고분자 코팅의 차단 기능과 보호 기능을 향상시키는 것으로 나타났습니다15. 최근에는 고분자 매트릭스의 다양한 마이크로/나노 강화제가 더 높은 기계적 강도, 부식 방지 및 열적, 화학적 안정성을 갖춘 효율적인 복합 코팅을 생산하는 데 사용되었습니다. 문헌에서 활용되는 나노입자는 그 크기에 따라 구분할 수 있다: (I) 실리카 나노입자20 및 탄소 양자점을 포함하는 0차원21, (II) 탄소섬유22 및 탄소나노튜브(CNT)23,24와 같은 나노섬유 및 나노튜브를 포함하는 1차원 입자, (III) 그래핀 기반 물질25,26,27, 이황화 몰리브덴28, 층상 이중 수산화물(LDH)29,30과 같은 나노플레이트 및 나노시트를 포함하는 2차원 및 (IV) 유기 금속 프레임워크(MOF)31를 포함하는 3차원 제올라이트32.

유리 섬유(GF)는 아마도 고분자 복합재에 가장 널리 사용되는 강화 충전재일 것입니다. 이러한 복합재는 우수하며 밀도가 낮고 열적, 화학적 안정성이 강하고 강성과 강도가 높으며 내식성이 뛰어납니다33. 이러한 특성에도 불구하고 GF는 균열, 박리, 적재 중 파손 등 다양한 결함이 발생하기 쉽습니다. 이러한 결함을 일으키는 많은 위치는 GF와 매트릭스 사이의 결합 불량으로 인해 발생하며 이는 재료의 기계적 강도에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 이러한 한계를 해결하면 섬유와 폴리머 매트릭스 사이의 불완전한 표면 접착력이 향상되고 견고한 기계적 및 보호 기능을 갖춘 다기능 복합재가 준비됩니다. 전 세계 연구자들은 이러한 한계를 극복하기 위한 가장 중요하고 실용적인 해결책은 (1) 고분자 매트릭스에 커플링제를 사용하는 것과 (2) 섬유의 표면 처리38라고 보고했습니다. 중합체 매트릭스와의 계면 상호작용을 개선하기 위해 GF에 다양한 표면 개질 기술이 활용되었습니다. 알칼리 처리, 아세틸화, 플라즈마 처리 및 접목은 GF39의 일반적인 표면 변형 접근법입니다.