Mechanical Properties of Low Temperature and Fast Cure Epoxy with Various Mercaptans

The thermal expansion and mechanical properties of diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) with mercaptan hardeners were studied by a comparative method with an amine-adduct type hardener. Thermal expansion and dynamic mechanical properties were measured by thermo mechanical analysis (TMA) and dynamic mechanical ananlysis (DMA), respectively. The $T_g$ and the coefficient of thermal expansion (CTE) of epoxy/amine-adduct type hardener system were $82.6^{\circ}C$ and 71.2 $ppm/^{\circ}C$, respectively. As the number of -SH functional group of mercaptan hardener increased, the $T_g$ rapidly decreased and gradually increased up to ca. $80^{\circ}C$ and the CTE under the $T_g$ rapidly increased to ca. 200 $ppm/^{\circ}C$ from 80 $ppm/^{\circ}C$ and decreased to ca. 100 $ppm/^{\circ}C$. The crosslinking density of epoxy with amine-adduct type hardener was ca.1.5 $mol/cm^3$, while that of epoxy with mercaptan hardeners increased from 1.0 to 1.7 $mol/cm^3$, as the number of -SH functional group increased. The storage modulus can increase up to 2700MPa at $30^{\circ}C$.

Mercaptan 경화제에 의한 저온속경화 에폭시의 열적 기계적 물성

본 연구에서는 DGEBA(diglycidyl ether of bisphenol A)와 mercaptan 경화제계의 경화 후 열에 의한 팽창 특성과 역학 거동을 에폭시/아민 유도체형 경화제계와 비교하여 연구하였다. 열팽창계수와 역학거동은 각각 TMA(thermo mechanical analysis)와 역학 거동은 DMA(dynamic mechanical ananlysis)를 이용하여 분석하였다. 아민 유도체형 경화제를 사용한 에폭시 경화물의 유리전이온도와 열팽창계수는 각각 $82.6^{\circ}C$와 71.2 $ppm/^{\circ}C$의 값을 나타냈다. Mercaptan 경화제를 사용한 에폭시 경화물의 경우 -SH 관능기가 증가할수록 유리전이온도는 급격히 감소하였다가 점차 증가하여 약 $80^{\circ}C$ 이상의 값을 갖는 경향을 보였고, 유리전이온도 이하에서 열팽창률은 약 80 $ppm/^{\circ}C$에서 최대 200 $ppm/^{\circ}C$까지 증가하였다가 약 100 $ppm/^{\circ}C$로 다시 감소하는 경향을 보였다. 아민 유도체형 경화제를 사용한 에폭시 경화물은 약 1.5 $mol/cm^3$의 가교밀도를 나타냈고, mercaptan 경화제를 사용한 에폭시 경화물은 약 1.0 $mol/cm^3$에서 약 1.7 $mol/cm^3$로 관능기가 증가할수록 가교밀도가 증가했다. 또한 $30^{\circ}C$에서 2700 MPa 이상의 저장 탄성률을 가질 수 있음을 확인하였다.