Radiation Resistance and Fabrication of Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Composites by Electropolymerization

전기중합법에 의한 열가소성 수지 탄소섬유 강화 복합재료의 제조와 내방사선성

Electropolymerization of 2-vinylnaphthalene (2-VN) and methylmethacrylate (MMA) with high radiation resistance property was conducted on the surfaces of carbon fibers by using a nonaqueous solution of comonomers dissolved in N,N-dimethylformamide containing sodium nitrate as a supporting electrolyte. The fabrication of carbon fiber/2-VN/MMA prepreg was performed electrochemically in 1:1 comonomer solution. Electropolymerization was conduced by changing the current density, initial comonomer concentration, and reaction time. The weight gain on the surface of the carbon fibers was measured by thermogravimetric analyser (TGA). The highest weight gain of 50 wt% was obtained at 600mA/g~800mA/g current density range, but the weight gain was rapidly decreased above 800mA/g current density. The weight gain was increased with the concentration of comonomer, while the concentration of electrolyte had almost no effect on the weight gain. At 300mA/g current density, weight gain rate was increased abruptly to the initial 30 minutes of reaction time. After that the rate was decreased due to the generation of gas bubbles. In order to check the effect of coated polymers on the radiation resistance, morphology changes before and after $\gamma$-ray irradiation was investigated for the composites.

일정한 전류하에서 내방사선성이 우수한 2-vinylnaphthalene(2-VN)과 methylmethacrylate(MMA)의 전기중합을 탄소섬유 표면 위에서 실시하였다. 단량체의 용해도 증대를 위해 N,N-dimethylformamide(DMF)를 용매로 사용하고, 질산나트륨을 전해질로 하여 전기중합을 실시하였다. 탄소섬유-2VN/MMA의 프리프레그 제조는 1:1 비율의 공단량체 용액 조성하에서 실시되었다. 본 전기중합 실험에서는 전류 밀도, 공단량체 농도, 전해질 농도와 반응시간에 따라 탄소섬유 표면에서 얻어지는 수율을 열중량분석기(TGA)로 측정하였다. 600~800mA/g 전류밀도에서 50wt%의 최대 수율을 얻을 수 있었으며, 800mA/g 이상에서는 수율이 급격히 감소하였다. 농도에 따라 수율이 증가하였지만 전해질 농도에는 영향이 없었다. 초기반응시간 약 30분 동안에 20wt%의 빠른 수율증가가 관찰되었다. 최대 수율을 얻을 수 있는 최적 조건하에서 제조된 프리프레그를 이용하여 탄소섬유 복합재료를 제조하였으며 $^{60}Co$ $\gamma$-ray 조사 전후의 표면형태학적 변화를 통해 내방사선성을 조사하였다.