산화그래핀이 폴리우레탄 폼 기계적 강도에 미치는 영향
Effect of graphene oxide on mechanical characteristics of polyurethane foam
1
조회
0
다운로드
3
인용
0
참고문헌
키워드
초록
본 연구에서는 영하 163℃의 극저온 환경에서 저장되는 액화천연가스 운반선 방열시스템에 적용되는 폴리우레탄폼 단열재의 기계적 강도를 향상시키기 위한 연구의 일환으로 폴리우레탄 폼 합성 시 산화그래핀을 첨가한 산화그래핀- 폴리우레탄폼을 개발하였다. 우선 Hummers 방법을 이용하여 산화그래핀을 합성하였으며, 폴리올과 이소시아네이트의 중합반응 시 산화그래핀의 중량비를 다르게 첨가하여 산화그래핀-폴리우레탄 폼 벌크를 제작하였다. 미세구조 분석을 통해산화그래핀의 양에 의존한 산화그래핀-폴리우레탄 폼의 셀 안정성에 대해 분석 하였으며, 이와 동시에 산화그래핀이 폴리우레탄 폼 셀에 미치는 영향에 대해 분석하고자 하였다. 또한, 기계적 강도를 계측하기 위해 극저온용 챔버를 탑재한만능재료시험기의 온도를 제어하여 상온 및 영하 163℃의 극저온 환경에서 압축시험을 수행하여 기계적 거동 및 파손특성에 대해 규명하였다. 시험 결과 산화그래핀의 양이 증가 할수록 기계적 강도는 향상되지만, 일정량 이상이 되면 셀형성을 방해하여 셀 구조의 안정성이 저하되고 기계적 강도 또한 저하되는 현상을 관찰하였다.
Abstract
In the present study, graphene oxide based polyurethane foams were manufactured as a part of the development process of mechanically strengthened polyurethane foam insulation material. This material is used in a liquefied natural gas carrier cargo containment system. The temperature of the containment system is -163℃. First, graphene oxide was synthesized using the Hummers’ method, and it was supplemented into polyol-isocyanate reagent by considering a different amount of graphene oxide weight percent. Then, a bulk form of graphene-oxide-polyurethane foam was manufactured. In order to investigate the cell stability of the graphene-oxide-polyurethane foam, its microstructural morphology was observed, and the effect of graphene oxide on microstructure of the polyurethane foam was investigated. In addition, the compressive strength of graphene-oxide-polyurethane foam was measured at ambient and cryogenic temperatures. The cryogenic tests were conducted in a cryogenic chamber equipped with universal testing machine to investigate mechanical and failure characteristics of the graphene-oxide-polyurethane foam. The results revealed that the additions of graphene oxide enhanced the mechanical characteristics of polyurethane foam. However, cell stability and mechanical strength of graphene-oxide-polyurethane foam decreased as the weight percent of graphene oxide was increased.
참고문헌 (12)
- S. B. Park, "Polymeric foams for cryogenic temperature application: Temperature range for non-recovery and brittle-fracture of microstructure", Composite Structure, 136, pp.258~269 (2016)
- 이정호, "폴리우레탄 폼의 비선형 압축거동을 모사하기 위한 밀도 영향이 고려된 수정 Gurson 모델의 제안", 한국전산구조공학회논문집, 28(5), pp.543~552 (2015), 한국전산구조공학회[DOI]
- V. Dolomanova, "Mechanical properties and morphology of nano-reinforced rigid PU foam", Journal of Cellular Plastics, 47(1), pp.81~93 (2011)
- M. C. Saha, "Enhancement in thermal and mechanical properties of polyurethane foam infused with nanoparticles", Materials Science and Engineering A, 479(1-2), pp.213~222 (2008)
- D. Yan, "Enhanced mechanical and thermal properties of rigid polyurethane foam composites containing graphene nanosheets and carbon nanotubes", Polymer International, 61(7), pp.1107~1114 (2012)
- L. Zhang, "MWNT reinforced polyurethane foam: Processing, characterization and modelling of mechanical properties", Composites Science and Technology, 71(6), pp.877~884 (2011)
- H. Kim, "Graphene", polymer nanocomposites, 2010, pp.43(16), 6515~6530
- X. Y. Meng, "Effects of expandable graphite and ammonium polyphosphate on the flame-retardant and mechanical properties of rigid polyurethane foams", Journal of Applied Polymer Science, 114, pp.853~863 (2009)
- L. J. Lee, "Polymer nanocomposite foams", Composites science and technology, 65(15-16), pp.2344~2363 (2005)
- 함은광, "탄소나노튜브 표면 관능기가 탄소나노튜브", 고분자 복합재료의 기계적 및 열적 특성에 미치는 영향, 2015, pp.39(6), 909~916[DOI]
- 이유진, "광학 현미경을 이용한 산화 그래핀 이미지 분석 조건에 관한 연구", Composites Research, 27(5), pp.183~189 (2014), 한국복합재료학회
- C. G. Lee, "Mechanical properties of graphene", Journal of the KSME, 53(9), pp.31~35 (2013)