Cure Behaviors and Fracture Toughness of PEl/Difunctional Epoxy Blends

PEI/DGEBA 블랜드계의 열적특성 및 파괴인성

In this work, diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA)/polyetherimide (PEI) blends were cured using 4,4-diaminodiphenyl methane (DDM). And the effects of addition of different PEI contents to neat DGEBA were investigated in the thermal properties and fracture toughness of the blends. The contents of contents of containing PEI were varied in 0, 2.5, 5, 7.5, and 10 phr. The cure activation energies ($E_a$) of the cured specimens were determined by Kissinger equation and the mechanical interfacial properties of the specimens were performed by critical stress intensity factor ($K_{IC}$). Also their surfaces were examined by using a scanning electron microscope (SEM) and the surface energetics of blends was determined by contact angles. As a result, $E_a$ and $K_{IC}$ showed maximum values in the 7.5 phr PEI. This result was interpreted in the increment of the network structure of DGEBA/PEI blends. Also, the surface energetics of the DGEBA/PEI blends showed a similar behavior with the results of $K_{IC}$. This was probably due to the improving of specific or polor component of the surface free energy of DGEBA/PEI blends, resulting in increasing the hydrogen bonding of the hydroxyl and imide groups of the blends.

본 연구에서는 이관능성 에폭시 (diglycidyl ether of bisphenol A. DGEBA)와 Polyetherimide(PEI) 블랜드를 Amime계 경화제인 DDM을 이용하여 경화를 시켰으며, PEI의 함량 변화가 순수 에폭시 수지의 열적특성과 파괴인성에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 경화된 시편의 열적특성은 DSC에 의한 열분석을 통해 Kissinger 식을 이용하여 경화 활성화 에너지 ($E_a$)를 구하였고, 파괴인성은 크랙성장의 저항을 나타내는 임계응력세기 인자 ($K_{IC}$)을 측정하여 알아보았다. 시편의 파단특성은 주사전자현미경 (SEM)을 통해 조사하였으며, 기계적 계면특성을 알아보기 위해 contact angle로 표면자유에너지를 측정하였다. 실험 결과 DGEBA/PEI 블랜드계의 $E_a$, $K_{IC}$는 PEI 함량이 7.5 phr에서 최대값을 보였다. 이는 PEI 도입에 따른 치밀한 네트워크 구조가 증가했기 때문으로 판단되어 진다. 또한 DGEBA/PEI 블랜드계의 표면자유에너지는 $K_{IC}$와 유사한 경향을 보였으며, 이는 에폭시의 하이드록실기와 PEI의 imide 그룹 사이의 수소결합에 의해 극성요소가 증가되었기 때문으로 판단되어진다.