액정폴리머/폴리아미드6 미시복합재료의 내부구조 및 기계적 굽힘성능 평가

Microstructural Morphology and Bending Performance Evaluation of Molded Microcomposites of Thermotropic LCP and PA6

LCP원섬유(fibril)와 폴리아미드6 (PA6)수지로 사출성형된 복합재료 박판(molded thin composite plaques)의 미세구조와 굽힘강도에 대한 에폭시수지 함유율의 효과를 살펴보았다. 성형은 LCP원섬유의 용융점 이하에서 하였으며 이렇게 만들어진 판재는 횡방향 배향을 보이는 두께 $65-120{\mu\textrm{m}}$의 표피층(surface skin layer), 유동방향과 거의 일치하는 배향을 보이는 표피아래층(sub-skin layer), 아크형 곡선유동형태를 보이는 심층(core layer)으로 구성되어 있었다. 에폭시함유율이 달라도 각 층의 미세구조방향은 유사하였으나 에폭시함유율이 증가함에 따라 LCP영역(domain)이 원섬유상에서 층상구조로 변했고 거시적 파괴진로(fracture path)는 인장형에서 전단형으로 바뀌었다. 또한 에폭시 4.8vol%에서 가장 우수한 굽힘강도와 파단변형율을 보였다. 굽힘강도를 수치해석한 결과 에폭시성분을 복합재에 부가하면 각 층의 두께와 미세구조 같은 기하학적인 형태가 변하면서 각 층 자체의 탄성계수와 강도가 열등화 되었음을 알았다.

Microstructural morphology and bending strengths of moulded composites of thermotropic liquid crystalline polymer(LCP) and polyamide 6 (PA6) have been studied as a function of epoxy fraction. Injection-moulding of a composite plaque at a temperature below the melting point of the LCP fibrils generated a multi-layered structure: the surface skin layer with thickness of $65\;-\;120{\mu\textrm{m}}$ exhibiting a transverse orientation; the sub-skin layer with an orientation in the flow direction; the core layer with arc-curved flow patterns. The plaques containing epoxy 4.8vol% exhibited superior bending strength and large fracture strain. With an increase of epoxy fraction equal to and beyond 4.8vol%, geometry of LCP domains was changed from fibrillar shape to lamella-like one, which caused a shear-mode fracture. An analysis of the bending strength of the composite plaques by using a symmetric layered model beam suggested that addition of epoxy component altered not only the microstructural geometry but also the elastic moduli and strengths of the respective layers.