Journal of Adhesion and Interface (접착 및 계면)

The Society of Adhesion and Interface, Korea (한국접착및계면학회)
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A Study on the Plasma Treatment Effect of Metal Fibersusing Micromechanical Technique

미세역학적 실험법에 의한 금속섬유의 플라즈마 처리효과에 관한 연구

  • MiYeon Kwon (Materials & Component Convergence R&D Department, Korea Institute of Industrial Technology) ;
  • Seung Goo Lee (Department of Organic Materials Engineering, Chungnam National University)
  • 권미연 (한국생산기술연구원 소재부품융합연구부문) ;
  • 이승구 (충남대학교 유기재료공학과)
  • Received : 2022.08.25
  • Accepted : 2022.11.15
  • Published : 2022.12.31
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Abstract

In this study, the hydrophilicity of the metal fiber is improved by introducing an oxygen-containing functional group to the fiber surface after treatment of the metal fiber using the oxygen plasma treatment time as an experimental variable. For the surface modification of metal fibers, changes in surface properties before and after plasma treatment were observed using SEM and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In order to observe the effect of the plasma treatment time on the surface of the metal fiber, the change in contact angle of the metal fiber with respect to a polar solvent and a non-polar solvent was measured. After calculating the change in surface free energy using the measured contact angle, the contact angle and the surface free energy for metal fibers before and after oxygen plasma treatment were compared, and the correlation with the adhesion work was also considered. The microdroplet specimens were prepared to investigate the effect of surface changes of these metal fibers on the improvement of shear strength at the interface when combined with other materials and the interfacial shear strength was measured, and the correlation with the adhesion work was also identified. Therefore, the oxygen plasma treatment of the metal fiber results in an increase in the physical surface area on the fiber surface and a change in contact angle and surface energy according to the introduction of the oxygen-containing functional group on the surface. This surface hydrophilization resulted in improving the interfacial shear strength with the polymer resin.

본 연구에서는 산소 플라즈마 처리시간을 실험 변수로 하여 금속섬유를 처리한 후 섬유표면에 산소함유 기능성 관능기를 도입하여 금속섬유의 친수성을 향상시키기 위한 연구로 플라즈마 처리 전, 후의 표면 특성 변화를 scanning electron microscope (SEM)과 x-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 사용하여 관찰하였다. 또한 플라즈마 처리시간이 금속섬유의 표면에 미치는 영향을 관찰하기 위해 극성 용매와 비극성 용매에 대한 금속섬유의 접촉각 변화를 측정하였다. 측정된 접촉각을 이용해 표면 자유에너지 변화를 계산한 후 산소 플라즈마 처리 전, 후의 금속섬유에 대한 접촉각과 표면 자유에너지를 비교하였으며 접착일과의 상관관계도 고찰하였다. 이런 금속섬유의 표면 변화가 다른 소재와의 복합 시 계면에서의 전단강도 향상에 미치는 영향을 알아보기 위해 microdroplet 시편을 제조하여 계면 전단강도를 측정하였으며 접착일과의 상관관계도 함께 파악하였다. 따라서, 금속섬유의 산소플라즈마 처리는 섬유표면에 물리적인 표면적 증가로 인한 수지와의 접촉면의 증가와 표면의 산소함유 기능성 관능기의 도입에 따른 접촉각, 표면 에너지의 변화에 따른 표면 친수화로 고분자 수지와의 계면 전단강도를 향상시켜주는 결과를 얻었다.

Keywords

Acknowledgement

본 논문은 한국생산기술연구원 기관주요사업 "미래 스마트웨어 제조를 위한 마이크로팩토리 기반기술개발(kitech EH-22-0003)"의 지원으로 수행한 연구입니다.

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