KR101209308B1 - Epoxy-microsilica-organically modified nano layered silicate mixed composite for insulation using electric field and product thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기장 분산을 이용한 절연용 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트 제조방법 및 이로부터 제조된 혼합 콤포지트에 관한 것으로, 액상 에폭시 수지에 나노화된 유기화 층상 실리케이트를 완전 분산(박리화)시키고, 마이크로 실리카 입자 사이로 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트를 균질하게 분산시킨 것이다. The present invention relates to a method for preparing an epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite for insulation using electric field dispersion, and to a mixed composite prepared therefrom, and to completely disperse (delamination) of the organicized layered silicate nano-ized in a liquid epoxy resin. And homogenously dispersed organically layered silicate completely peeled off between the micro silica particles.
Description
본 발명은 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트에 관한 것으로, 특히 액상 에폭시 수지에 나노화된 유기화 층상 실리케이트를 완전 분산(박리화)시키고, 마이크로 실리카 입자 사이로 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트를 균질하게 분산시킨 전기장 분산을 이용한 절연용 에폭시-마이크로실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트 제조방법 및 이로부터 제조된 혼합 콤포지트에 관한 것이다. The present invention relates to an epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite, in particular fully dispersed (peeled) the organicized layered silicate nanonized in a liquid epoxy resin, and completely peeled and nanonized organic layered silicate between the micro silica particles. The present invention relates to an epoxy-microsilica-nano organic layered silicate composite composite for insulation using a homogeneously dispersed electric field dispersion and a composite composite prepared therefrom.
에폭시 수지는 중전기기 절연시스템 분야에 잘 알려진 재료이다. 즉, mold-type transformers, current transformers(CT), potential transformers(PT), metering out-fit(MOF), gas switching gears, insulation spacer 등에 사용되고 있다. 이유는 전기적, 기계적, 열적 특성이 우수하기 때문이다. Epoxy resins are well known in the field of heavy electric insulation systems. That is, they are used in mold-type transformers, current transformers (CT), potential transformers (PT), metering out-fit (MOF), gas switching gears, insulation spacers, and the like. This is because the electrical, mechanical and thermal properties are excellent.
지난 수십년 동안 많은 연구자들은 전기적 응용면에서 저가이면서 높은 신뢰성을 갖는 에폭시 기반 나노콤포지트를 개발하여 왔고, 그리고 마이크로 실리카의 많은 충진을 통하여 치수의 안정성 그리고 열적, 기계적 향상을 가져왔다. 특히 에폭시 수지에 65~80wt% 마이크로 입자의 충진은 연속적으로 40~60℃동안 동작된 고전압 중전기기의 치수 안정성을 만족시키기 위해 에폭시 수지에 충진시켜 왔다. Over the past decades, many researchers have developed low cost, high reliability epoxy based nanocomposites for electrical applications, and through many fillings of micro silica, dimensional stability and thermal and mechanical improvements have been achieved. In particular, the filling of the epoxy resin with 65 ~ 80wt% microparticles has been filled with the epoxy resin to satisfy the dimensional stability of the high voltage heavy electric machine operated continuously for 40 ~ 60 ℃.
그렇지만, 에폭시 기반 혼합 콤포지트내 유기성분과 무기성분의 서로 다른 성분들이 서로 관련성이 없다. 이유는 마이크로 실리카는 표면에 OH기를 갖기 때문에 친수성을 띠고, 에폭시수지는 기름에서 추출한 성분이기 때문에 친유성을 갖게 되기 때문이다. 이런 유기성분과 무기성분의 결합을 증대시키기 위하여 유/무기 결합제인 실란커플링의 처리를 한다.However, the different components of the organic and inorganic components in the epoxy based mixed composite are not related to each other. The reason is that the micro silica is hydrophilic because it has an OH group on its surface, and the epoxy resin is lipophilic because it is a component extracted from oil. In order to increase the binding of the organic component and the inorganic component, the silane coupling agent, which is an organic / inorganic binder, is treated.
또한 고전압 중전기기에서는 절연물인 에폭시수지 내에 도체로서 금속물질이 절연물 내에 함침되기 때문에 변압기와 같은 중전기기 등은 지속적으로 절연물 내에서 도체에 전류가 흘러 자체적인 발열이 생성되어, 금속성인 도체의 열팽창계수와 절연물의 열팽창계수가 서로 큰 차이를 갖게 될 때 금속과 절연물 사이 계면에서 마이크로 크랙이 발생되는 원인이 되어진다. In addition, in the high voltage heavy electric machine, since a metallic material is impregnated into the insulator in the epoxy resin which is an insulator, the heavy electric machine such as a transformer continuously generates electric current by flowing current to the conductor in the insulator, and thus the thermal expansion coefficient of the metallic conductor. When the thermal expansion coefficients of the and insulators have a large difference from each other, microcracks occur at the interface between the metal and the insulator.
이렇게 마이크로 크랙이 발생되면, 그 계면부분이 결함의 원인이 되어 방전원으로서 작용되어 부분방전의 개시가 이루어지게 된다. 이런 지속적인 과전(지속적인 전류공급)의 결과 중전기기의 절연이 파괴되는 최종적인 결과를 가져오게 된다. 이런 마이크로 크랙을 방지하기 위하여 즉, 금속의 열팽창계수와 절연물의 열팽창계수를 최소한으로 줄이는 과정으로 마이크로 실리카의 충진함량을 최대로 높여 충진시키고 있다. When micro cracks are generated in this way, the interface portion becomes a cause of a defect and acts as a discharge source, thereby initiating partial discharge. This constant overload (continuous current supply) results in a breakdown of the heavy electrical insulation. In order to prevent such micro cracks, that is, the filling capacity of the micro silica is maximized and filled by a process of reducing the thermal expansion coefficient of the metal and the thermal expansion coefficient of the insulator to a minimum.
그러나 충진함량이 높으면 높을수록 마이크로 실리카와 에폭시 수지와의 계면이 넓어져 계면결함을 많이 함유하게 되는 원인이 된다. 이런 계면의 결함을 극복하기 위하여 나노크기를 갖는 실리카와 또는 유기화 층상 실리케이트와 같은 박리화된 나노입자를 사용하게 된다. 하지만, 나노입자 단독으로 사용하게 되면 열적 팽창계수를 맞출 수가 없기 때문에 마이크로 크기의 실리카 입자와 나노화된 유기화 층상 실리케이트를 혼합하여 이를 극복하고 있다. However, the higher the filling content, the wider the interface between the micro silica and the epoxy resin becomes, which causes more interfacial defects. In order to overcome this interface defect, nanoscale silica and / or exfoliated nanoparticles such as organic layered silicates are used. However, when the nanoparticles alone are not used, the thermal expansion coefficient cannot be matched, thereby overcoming this by mixing micro-sized silica particles and nanonized organic layered silicates.
그러나 나노화된 유기화 층상 실리케이트를 완전하게 에폭시 수지내로 분산(박리화)시키는 것은 상당히 어렵다. 그래서 완전 박리화 되지 않은, 즉 응집된 상태로 유기화 층상 실리케이트가 에폭시 수지내에 존재하게 되면 바로 그 부분이 약점으로 작용되어 절연특성의 저하를 가져오게 된다. However, it is quite difficult to disperse (peel) the nanonized organic layered silicate completely into the epoxy resin. Therefore, when the organic layered silicate is present in the epoxy resin that is not completely peeled, that is, in an aggregated state, the very part serves as a weak point, resulting in deterioration of the insulating property.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 감안하여 유기화 층상 실리케이트를 완전하게 박리되고 나노화된 상태에서 마이크로 실리카를 혼합하여, 마이크로 실리카 입자 사이에 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트가 침투하여 치밀한 조직을 갖도록 전기장 분산을 이용하여 마이크로 실리카 입자 사이로 유기화 층상 실리케이트 나노입자를 균질하게 분산(박리화)시킨 전기장 분산을 이용한 절연용 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트 제조방법 및 이로부터 제조된 혼합 콤포지트를 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to mix microsilica in a completely peeled and nanonized state of an organic layered silicate, so that the fully peeled and nanonized organic layered silicate penetrates between micro silica particles to have a dense structure. Provided is a method for preparing an epoxy-micro silica-nano organicated layered silicate mixed composite for insulation using electric field dispersion in which the organic layered silicate nanoparticles are homogeneously dispersed (peeled) between the micro silica particles by using a dispersion, and a composite composite prepared therefrom. Is in.
상술한 본 발명의 목적은 점도를 낮추기 위해 액상 에폭시 수지를 80℃에서 1~5시간 동안 예열하는 제1단계와; 나노 유기화 층상 실리케이트를 100℃에서 24시간 예열을 실시하여 나노 유기화 층상 실리케이트에 포함된 수분을 완전하게 제거하는 제2단계와; 상기 제1단계의 예열된 액상 에폭시 수지와 2단계의 수분이 제거된 나노 유기화 층상 실리케이트를 30분~60분 동안 강력 초음파 분산기(Power Ultrasonic Wave), 균질기(Homogenizer), 및 기계적 교반기(Mechanical stirrer)의 조합으로 가진 교반하되, 강력 초음파 분산기의 초음파 가진 조건은 공진주파수 20khz, 진폭 60~68%, 출력 750~1500W 세기의 조건으로, 균질기는 10000rpm의 조건으로, 기계적 교반기는 2000~3000rpm의 조건으로 가진 교반하는 제3단계로 이루어지는 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 전처리 단계와; 상기 제3단계의 혼합되어 전처리된 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트를 교류전기장 분산 챔버에 투입하여 교류 전기장에 의해 나노 유기화 층상 실리케이트의 양이온이 나노 유기화 층상 실리케이트의 층간에서 진동하여 층간 거리를 팽창시켜 에폭시 수지가 나노 유기화 층상 실리케이트의 팽창된 층간으로 삽입과 박리가 이루어지도록 분산시키는 제4단계와; 상기 제4단계의 전기장 분산 처리된 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트와 경화제에 각각 평균입경 3~20㎛의 마이크로 실리카를 주입하여 기계적 교반기에서 30분~60분 동안 2000~4500rpm의 조건으로 교반시킨 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트 혼합물과 경화제-마이크로 실리카 혼합물을 혼합하여 다시 10~20분 동안 교반과 기포제거를 위해 1차 혼합(Mixing) 및 탈포(Defoaming)하는 제5단계와; 상기 제5단계의 1차 혼합 및 탈포된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트에 소포제 및 분산제를 첨가하여 기포제거 및 분산에 용이하도록 첨가 후 2차 탈포(Defoaming)하는 제6단계와; 상기 제6단계의 1차 혼합 및 2차 탈포된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트에 경화촉진제를 첨가하여 첨가된 경화촉진제가 고르게 분포되도록 기계적 교반기로 교반 및 기포제거를 위해 2차 혼합 및 3차 탈포하는 제7단계와; 경화제, 경화촉진제, 소포제, 및 분산제가 혼합됨과 아울러 2차 혼합 및 3차 탈포된 제7단계의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트를 80℃로 예열된 금형에 주입한 후에 주입된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트의 최종 기포제거를 위하여 진공오븐(1 torr)에서 30~60분 동안 진공 탈포 과정을 실시하는 제8단계와; 상기 제8단계의 진공 탈포된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상실리케이트 액상 콤포지트를 성형시키기 위해 고온오븐에서 120℃에서 2시간 동안 1차 경화를 실시한 후 다시 150℃에서 24시간 동안 2차 경화를 실시하여 제조하는 제9단계로 이루어지는 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 본처리 단계를 포함하는 전기장 분산을 이용한 절연용 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트 제조방법에 의해 달성된다. The object of the present invention described above is a first step of preheating the liquid epoxy resin at 80 ° C. for 1 to 5 hours to lower the viscosity; A second step of preheating the nano-organized layered silicate at 100 ° C. for 24 hours to completely remove moisture contained in the nano-organized layered silicate; The preheated liquid epoxy resin of the first stage and the nano-organized layered silicate from which the second stage of water was removed are subjected to a power ultrasonic wave, a homogenizer, and a mechanical stirrer for 30 to 60 minutes. ), But the ultrasonic excitation condition of the powerful ultrasonic disperser is the resonance frequency 20khz, amplitude 60 ~ 68%, output 750 ~ 1500W intensity, homogenizer 10000rpm, mechanical stirrer 2000 ~ 3000rpm An epoxy-nano organic layered silicate pretreatment step consisting of a third step of stirring; The mixed and pretreated epoxy-nano organic layered silicate liquid composite of the third step is introduced into an alternating current electric field dispersion chamber, and the cation of the nano-organized layered silicate is vibrated between layers of the nano-organized layered silicate by an alternating electric field to expand the interlayer distance. Dispersing the epoxy resin into the expanded interlayer of the nano-organized layered silicate to allow insertion and exfoliation; The micro-silica having an average particle diameter of 3 to 20 µm was injected into the liquid composite and the curing agent of the epoxy-nano organic layered silicate treated in the fourth step, respectively, and stirred under a condition of 2000 to 4500 rpm for 30 to 60 minutes in a mechanical stirrer. A fifth step of mixing the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite mixture and the hardener-micro silica mixture and mixing and defoaming the mixture for 10-20 minutes for stirring and defoaming; A sixth step of defoaming the second mixed and degassed epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite by adding an antifoaming agent and a dispersing agent to facilitate bubble removal and dispersion; By adding a curing accelerator to the sixth step of the primary mixing and secondary degassed epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite, the secondary mixing for stirring and defoaming with a mechanical stirrer to evenly distribute the added curing accelerator. And a seventh step of defoaming thirdly; Epoxy injected after the curing, curing accelerator, antifoaming agent, and dispersing agent were mixed, and the secondary mixed and tertiary degassed seventh stage epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite was injected into a mold preheated to 80 ° C. An eighth step of performing a vacuum defoaming process for 30 to 60 minutes in a vacuum oven (1 torr) to remove the final bubbles of the micro silica-nano organic layered silicate liquid composite; In order to mold the vacuum degassed epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite of the eighth step, the first curing was performed at 120 ° C. for 2 hours in a high temperature oven, followed by the second curing at 150 ° C. for 24 hours. It is achieved by an epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite manufacturing method using an electric field dispersion comprising a ninth step prepared by the step of epoxy-micro silica-nano organic layered silicate.
본 발명의 전기장 분산을 이용한 절연용 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트 제조방법에 있어서, 에폭시 수지 39.7중량%, 마이크로 실리카 60중량%, 나노 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%이거나 또는 에폭시수지 34.7중량%, 마이크로 실리카 65중량%, 나노 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%인 것을 특징으로 한다. In the manufacturing method of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite for insulation using the electric field dispersion of the present invention, 39.7% by weight of epoxy resin, 60% by weight of micro silica, 0.3% by weight of nano-organized layered silicate or 34.7% by weight of epoxy resin %, 65% by weight of micro silica, and 0.3% by weight of nano-organized layered silicate.
본 발명의 전기장 분산을 이용한 절연용 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트 제조방법에 있어서, 상기 교류 전기장 분산 챔버에는 교류전기장을 가하기 위한 한 쌍의 대향된 +/- 평행평판 전극이 설치되고, 교류 전기장 인가조건은 인가전압 3~11㎸, 인가주파수 1000㎐, 인가시간 60분 이하인 것을 특징으로 한다.In the method for producing an epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite for insulation using the electric field dispersion of the present invention, the AC field dispersion chamber is provided with a pair of opposed +/- parallel flat electrodes for applying an AC electric field. , AC electric field application conditions are characterized in that the applied voltage 3 ~ 11㎸, the applied frequency 1000㎐, the application time 60 minutes or less.
상술한 본 발명의 기술구성에 의해 액상 에폭시 수지에 나노화된 유기화 층상 실리케이트가 완전 분산(박리화)됨과 아울러서 마이크로 실리카 입자 사이로 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트가 균질하게 분산됨에 따라 열적 특성(유리전이온도), 기계적 특성(DMA Tanδ,인장강도,굴곡강도), 및 전기적 특성(절연파괴강도)이 향상된다.The thermal properties (glass transition) as the organicized layered silicate nano-organized in the liquid epoxy resin is completely dispersed (peeled) by the above-described technical configuration of the present invention, as well as completely peeled and nano-organized layered silicate is uniformly dispersed between the micro silica particles. Temperature), mechanical properties (DMA Tanδ, tensile strength, flexural strength), and electrical properties (insulation breakdown strength) are improved.
도 1의 (A)는 본 발명의 제조단계 중 제3단계의 전기장 분산되지 않은 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트이고, (B)는 제4단계의 전기장 분산된 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트로서, (A)와 (B)를 비교한 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 2는 본 발명의 제조단계 중 제5단계의 마이크로 실리카가 주입되고, 에폭시 수지는 34.7중량%, 마이크로 실리카가 65중량%, 나노 유기화 층상 실리케이트가 0.3중량%인 조성비로 제조된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트의 투과전자현미경(TEM) 사진이다. Figure 1 (A) is the third step of the electric field undispersed epoxy-nano organic layered silicate mixed composite of the manufacturing step of the present invention, (B) is the fourth step of the electric field dispersed epoxy-nano organic layered silicate mixed composite This is a transmission electron microscope (TEM) photograph comparing (A) and (B).
Figure 2 is a micro-silica of the fifth step of the manufacturing step of the present invention, the epoxy resin is 34.7% by weight, the micro-silica is 65% by weight, the nano-organic layered silicate prepared by the composition ratio of the epoxy-micro silica 0.3% by weight A transmission electron microscope (TEM) image of a nano-organized layered silicate mixed composite.
본 발명은 전기장 분산에 의해 액상 에폭시 수지에 나노화된 유기화 층상 실리케이트를 완전 분산(박리화)시킨 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트에 마이크로 실리카(평균입경 3~20㎛)를 일정량 첨가하여, 즉 액상 에폭시 수지 기반하에서 마이크로 실리카 및 박리된 유기화 층상 실리케이트를 혼합하여 마이크로 실리카 입자 사이로 나노 유기화 층상 실리케이트 나노입자의 균질분산이 이루어지도록 하여 절연특성을 향상시키고자 한 것이다. The present invention adds a certain amount of micro silica (average particle size 3-20 μm) to an epoxy-nano organic layered silicate liquid composite in which the organic layered silicate nano-dispersed in the liquid epoxy resin is completely dispersed (peeled) by electric field dispersion. The purpose of the present invention is to improve the insulation properties by mixing the micro silica and the exfoliated organic layered silicate under the epoxy resin so that the homogeneous dispersion of the nano organic layered silicate nanoparticles is carried out between the micro silica particles.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples.
그러나 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정된 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 본 연구에 관심을 갖는 정도의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. However, embodiments according to the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.
본 발명의 에폭시 수지는 EEW(g/eq)가 184-190, 점도(Viscosity)가 11,500-13,500 (cps at 25℃), 비중(Specific Gravity)이 1.17(at 20℃)의 범용적인 기본 수지인 디글리시딜 에테르 비스페놀 A(Diglycidyl ether of bisphenol-A)(YD-128(Kukdo Chem. Co., Korea))이다. Epoxy resin of the present invention is a universal basic resin of EEW (g / eq) of 184-190, Viscosity of 11,500-13,500 (cps at 25 ℃), Specific Gravity of 1.17 (at 20 ℃) Diglycidyl ether of bisphenol-A (YD-128 (Kukdo Chem. Co., Korea)).
나노 유기화 층상 실리케이트로는 미국 Southern Clay Products Inc.에서 생산시판되는 상품명 Closite®10A를 사용하는데, 이 Closite®10A는 +4가 암모늄 염으로 개질된 천연 몬모릴로라이트(montmorillonite)로서 이의 분자구조는 이고, HT는 hydrogenated tallow(~65% C18; ~30% C16; ~5% C14)이며, 음이온(anion)은 cholride이다. The nano-organized layered silicate uses the trade name Closite®10A, commercially available from Southern Clay Products Inc., USA, which is a natural montmorillonite modified with a + 4-valent ammonium salt. HT is hydrogenated tallow (˜65% C18; ˜30% C16; ˜5% C14), and the anion is cholride.
경화제로는 전기절연부분(capacitors, resisters, magnetic colis, transformers, current transformers, bushing, epoxy resin insulators, wiring parts, motor armatures and stators )의 응용에서 광범위하게 이용되는 산무수물계 경화제(Cycloaliphatic Anhydride Hardener:HN-2200(분자식:C9H10O3, MW:166, Hitachi Co. Ltd))를 사용하였는데, 이는 진공주조(Vacuum casting) 또는 침투(Impregnation)가 비교적 고온에서 경화제의 손실이 없기 때문에 공극(void)이 없는 몰드제품에서 사용된다. Curing agents include cycloaliphatic anhydride hardeners (HN), which are widely used in the application of electrical insulation parts (capacitors, resisters, magnetic colis, transformers, current transformers, bushings, epoxy resin insulators, wiring parts, motor armatures and stators). -2200 (molecular formula: C 9 H 10 O 3 , MW: 166, Hitachi Co. Ltd) was used, since the void casting or impregnation had no loss of curing agent at relatively high temperatures. Used in mold products without void).
경화촉진제(Epoxy Resin Accelerator)로는 에폭시기의 말단과 말단을 연결 작용하는 촉진제로서, BDMA(Benzyl dimethylamine ; 분자식 C9H13N, 분자량 135.2, 비중0.92)를 사용하였다. 이는 산무수물계 경화제와 함께 사용되어 지며, 일반적으로 경화온도 및 시간을 줄이기 위해 사용되며, 응용분야도 에폭시 potting, casting 그리고 산무수물계 접착제로 사용되어 진다. As the accelerator (Epoxy Resin Accelerator) as the accelerator to connect the end of the epoxy group by the action, BDMA (Benzyl dimethylamine; molecular formula C 9 H 13 N, molecular weight 135.2, specific gravity 0.92) was used. It is used in combination with acid anhydride-based curing agents, and is generally used to reduce curing temperature and time. Applications are also used for epoxy potting, casting and acid anhydride-based adhesives.
본 발명은 액상 에폭시 수지와 나노 유기화 층상 실리케이트를 교반하여 혼합하되, 교반혼합과 동시에 균질화 및 초음파 분산을 실시하는 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 전처리 단계와, 전처리된 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트를 전기장 분산처리한 다음에 마이크로 실리카를 혼합하는 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 본처리 단계에 의해 절연용 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트를 제조한 것이다. The present invention is a mixture of the liquid epoxy resin and the nano-organic layered silicate by stirring, the pre-treatment step of the epoxy-nano organic layered silicate to perform homogenization and ultrasonic dispersion at the same time with stirring and mixing, and the pre-treated epoxy-nano organic layered silicate liquid composite Epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite for dispersing followed by mixing micro silica was prepared by the main treatment step.
본 발명의 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 전처리 단계는, Epoxy-nano organic layered silicate pretreatment step of the present invention,
(1) 점도를 낮추기 위해 액상 에폭시 수지를 80℃에서 1~5시간 동안 예열하는 제1단계와; (1) a first step of preheating the liquid epoxy resin at 80 ° C. for 1 to 5 hours to lower the viscosity;
(2) 나노 유기화 층상 실리케이트를 100℃에서 24시간 예열을 실시하여 나노 유기화 층상 실리케이트에 포함된 수분을 완전하게 제거하는 제2단계와; (2) a second step of preheating the nanoorganization layered silicate at 100 ° C. for 24 hours to completely remove moisture contained in the nanoorganization layered silicate;
(3) 상기 제1단계의 예열된 액상 에폭시 수지와 제2단계의 수분이 제거된 나노 유기화 층상 실리케이트를 30분~60분 동안 강력 초음파 분산기(Power Ultrasonic Wave), 균질기(Homogenizer), 및 기계적 교반기(Mechanical agitator)의 조합으로 가진 교반하되, 강력 초음파 분산기의 초음파 가진 조건은 공진주파수 20khz, 진폭 60~68%, 출력 750~1500W 세기의 조건으로, 균질기는 10000rpm의 조건으로, 기계적 교반기는 2000~3000rpm의 조건으로 가진 교반하는 제3단계로 이루어진다. (3) 30 minutes to 60 minutes of the preheated liquid epoxy resin of the first step and the nano-organized layered silicate from which the water of the second step was removed, a power ultrasonic wave, a homogenizer, and a mechanical Stir with a combination of mechanical agitator, but the ultrasonic excitation condition of the powerful ultrasonic disperser is the condition of resonance frequency 20khz, amplitude 60 ~ 68%, output 750 ~ 1500W intensity, homogenizer 10000rpm, mechanical agitator 2000 It consists of a 3rd step of stirring which has conditions of ~ 3000rpm.
상기한 제3단계의 강력 초음파 분산기(Power Ultrasonic Wave), 균질기(Homogenizer), 및 기계적 교반기(Mechanical stirrer)는 하나의 챔버 내에 설치되어 상기 3가지 기기가 동시에 작동되면서 상기 제1단계의 예열된 에폭시 수지와 제2단계의 수분이 제거된 유기화 층상 실리케이트가 초음파 가진되면서 교반되는 것이다. The third stage of the power ultrasonic wave, the homogenizer, and the mechanical stirrer is installed in one chamber so that the three apparatuses are operated at the same time. The organic layered silicate from which the epoxy resin and the water of the second step are removed is stirred while ultrasonically excited.
본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 본처리 단계는, The epoxy-micro silica-nano organic layered silicate main treatment step of the present invention,
(4) 상기 제3단계의 혼합되어 전처리된 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트를 교류전기장 분산 챔버에 투입하여 교류 전기장에 의해 나노 유기화 층상 실리케이트의 양이온이 나노 유기화 층상 실리케이트의 층간에서 진동하여 층간 거리를 팽창시켜 에폭시 수지가 나노 유기화 층상 실리케이트의 팽창된 층간으로 삽입과 박리가 이루어지도록 분산시키는 제4단계와; (4) Injecting the mixed and pretreated epoxy-nano organic layered silicate liquid composite of the third step into the alternating current electric field dispersion chamber, the cations of the nano-organized organic layered silicate vibrate between the layers of the nano-organized organic layered silicate by the alternating current electric field. A fourth step of dispersing the epoxy resin so that the epoxy resin is inserted and peeled into the expanded interlayers of the nanoorganization layered silicates;
(5) 상기 제4단계의 전기장 분산 처리된 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트와 경화제에 각각 평균입경 3~20㎛의 마이크로 실리카를 주입하여 기계적 교반기에서 30분~60분 동안 2000~4500rpm의 조건으로 교반시킨 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트 혼합물과 경화제-마이크로 실리카 혼합물을 혼합하여 다시 10~20분 동안 교반과 기포제거를 위해 1차 혼합(Mixing) 및 탈포(Defoaming)하는 제5단계와; (5) Injecting micro silica having an average particle diameter of 3 to 20 μm into the liquid composite and the curing agent of the epoxy-nano organic layered silicate treated in the fourth step, respectively, in a mechanical stirrer for 2000 to 4500 rpm for 30 to 60 minutes. 5th mixing and defoaming of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite mixture and the curing agent-micro silica mixture stirred for 1 to 20 minutes for stirring and defoaming again. Steps;
(6) 상기 제5단계의 1차 혼합 및 탈포된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트에 소포제 및 분산제를 첨가하여 기포제거 및 분산에 용이하도록 첨가 후 2차 탈포(Defoaming)하는 제6단계와; (6) a sixth defoaming after adding the antifoaming agent and the dispersant to the first mixed and degassed epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite of the fifth step to facilitate bubble removal and dispersion. Steps;
(7) 상기 제6단계의 1차 혼합 및 2차 탈포된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트에 경화촉진제를 첨가하여 첨가된 경화촉진제가 고르게 분포되도록 기계적 교반기로 교반 및 기포제거를 위해 2차 혼합 및 3차 탈포하는 제7단계와; (7) adding a curing accelerator to the first mixed and secondary degassed epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite of the sixth step to agitate and remove bubbles with a mechanical stirrer to distribute the added curing accelerator evenly. A seventh step of secondary mixing and tertiary defoaming;
(8) 경화제, 경화촉진제, 소포제, 및 분산제가 혼합됨과 아울러 2차 혼합 및 3차 탈포된 제7단계의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트를 80℃로 예열된 금형에 주입한 후에 주입된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트의 최종 기포제거를 위하여 진공오븐(1 torr)에서 30~60분 동안 진공 탈포 과정을 실시하는 제8단계와; (8) After the curing agent, the curing accelerator, the antifoaming agent, and the dispersing agent were mixed and the secondary mixed and tertiary degassed seventh stage epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite was injected into a mold preheated to 80 ° C. An eighth step of performing vacuum defoaming for 30 to 60 minutes in a vacuum oven (1 torr) to remove the final bubble of the injected epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite;
(9) 상기 제8단계의 진공 탈포된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화된 층상 실리케이트 액상 콤포지트를 성형시키기 위해 고온오븐에서 120℃에서 2시간 동안 1차 경화를 실시한 후 다시 150℃에서 24시간 동안 2차 경화를 실시하여 제조하는 제9단계로 이루어진다. (9) In order to mold the vacuum degassed epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite of the eighth step, the first curing was performed at 120 ° C. for 2 hours in a high temperature oven, and then again at 150 ° C. for 24 hours. It consists of a ninth step of manufacturing by performing a secondary hardening.
상술한 제1~9단계의 제조방법에 의해 제조되는 본 발명의 에폭시 수지, 마이크로 실리카, 및 나노 유기화 층상 실리케이트의 함량은 에폭시 수지가 39.7중량%, 마이크로 실리카가 60중량%, 나노 유기화 층상 실리케이트가 0.3중량%이거나 또는 에폭시 수지가 34.7중량%, 마이크로 실리카가 65중량%, 나노 유기화 층상 실리케이트가 0.3중량%인 것이 바람직하다. The content of the epoxy resin, micro silica, and nano-organic layered silicate of the present invention prepared by the above-described method of the first to ninth step is 39.7% by weight of epoxy resin, 60% by weight of micro silica, nano-organized layered silicate It is preferable that it is 0.3 weight% or 34.7 weight% of an epoxy resin, 65 weight% of micro silicas, and 0.3 weight% of nano organic layered silicates.
상술한 본 발명의 전기장 분산은 교류 전기장 내에서 양으로 대전된 이온(+이온)이 음극전극(-전극)을 향하여 이동하고 음으로 대전된 이온(-이온)이 양극으로 이동하게 되는 전기이동법(Electrophoresis;단백질 등 분석법의 하나)에 따라 단백질의 아미노기와 유사한 구조를 갖는 유기화제(organic modifier)인 나노 유기화 층상 실리케이트의 +4가 암모늄 양이온이 교류 전기장에서 반응하게 되는 원리를 이용한 것이다. The electric field dispersion of the present invention described above is an electrophoretic method in which positively charged ions (+ ions) move toward the cathode electrode (-electrode) and negatively charged ions (−ions) move to the anode in an alternating electric field. According to (Electrophoresis; one of the assays such as proteins), the + tetravalent ammonium cation of the organic organic layered silicate, which is an organic modifier having a structure similar to the amino group of a protein, reacts in an alternating electric field.
따라서 교류 전기장을 인가하면 나노 유기화 층상 실리케이트의 +4가 암모늄 양이온이 나노 유기화 층상 실리케이트의 층간(intergallery)의 교번 전압에 반응하여 나노 유기화 층상 실리케이트의 측벽으로 충돌함으로써 나노 유기화 층상 실리케이트의 층간이 팽창되어 층간 거리가 벌어지기 때문에 에폭시 수지가 층간 사이로 용이하게 침투할 수 있게 된다. Therefore, when an alternating electric field is applied, the +4 ammonium cation of the nano-organized layered silicate reacts with the alternating voltage of the interorganization layer of the nano-organized layered silicate and collides with the sidewall of the nano-organized layered silicate, thereby expanding the interlayer of the nano-organized layered silicate. Since the interlayer distance increases, the epoxy resin can easily penetrate between the layers.
본 발명은 교류전기장 분산측정장치를 이용하여 교류전기장의 인가시간,인가전압,인가주파수에 따라 나노 유기화 층상 실리케이트의 층간 팽창 변화와 이에 따른 나노 유기화 층상 실리케이트의 팽창된 층간으로 에폭시 수지의 분산(삽입과 박리)상태가 어떻게 이루어지는가를 측정하였다. According to the present invention, the change of interlayer expansion of nano-organized layered silicate according to the applied time, applied voltage, and applied frequency of alternating electric field, and the dispersion of epoxy resin into the expanded layer of nano-organized layered silicate (inserted) And peeling) were measured.
이 교류전기장 분산측정장치는 고전압 발생장치와; 상기 고전압 발생장치에 의해 고전압이 인가되는 한 쌍의 대향된 +/- 평판 전극과 이 평판 전극 사이에 액상콤포지트가 설치되는 교류전기장 분산챔버; 및 상기 고전압 발생장치를 구동하여 액상콤포지트에 교류전기장의 인가시간, 인가전압, 인가주파수를 제어하는 제어프로그램이 내장되고, 제어프로그램에 따라 인가되는 시간,전압,주파수에 따라 층간을 이동하는 호핑전류가 어떻게 변화하는가를 나타내는 그래프를 표시하는 모니터를 구비한 컴퓨터와; 교류전기장에 따른 액상 콤포지트의 나노 유기화 층상 실리케이트의 층간 팽창과 층간으로 에폭시 수지의 분산(삽입과 박리)상태를 촬영하는 투과전자현미경(TEM)을 포함한다. The AC field dispersion measuring device includes a high voltage generator; An alternating electric field dispersion chamber in which a pair of opposed +/- flat electrodes to which a high voltage is applied by the high voltage generator and a liquid composite is installed between the flat electrodes; And a control program for driving the high voltage generator to control an application time, an applied voltage, and an applied frequency of an AC electric field in a liquid composite, and a hopping current for moving between layers according to the time, voltage, and frequency applied according to the control program. A computer equipped with a monitor for displaying a graph showing how is changed; It includes a transmission electron microscope (TEM) that photographs the dispersion (insertion and exfoliation) of the epoxy resin in the interlaminar expansion and interlayer of the nano-organized layered silicate of the liquid composite according to the alternating electric field.
상술한 교류전기장 인가조건은 인가전압 3~11㎸, 인가주파수 1000㎐, 인가시간 30~60분인 것이 바람직하다. The above-mentioned AC electric field application conditions are preferably an applied voltage of 3 to 11 kHz, an applied frequency of 1000 kHz, and an application time of 30 to 60 minutes.
교류 전기장 인가전압의 경우, 3kV이하에서의 전기장 세기(75V/mm)는 전류 흐름이 극히 미약하여 증가하는 경향보다 시간이 흐름에 따라 감소되는 경향을 볼 수 있는데, 이는 나노 유기화 층상 실리케이트 층간 사이에 삽입된 나노 유기화 층상 실리케이트의 양이온(+4가 암모늄 양이온)이 층간 사이의 나노 유기화 층상 실리케이트 측벽을 향하여 일정한 주기로 충돌하게 되는데 충돌에너지가 미약하여 결국 삽입과 박리라는 분산에 큰 영향을 가져오지 못하게 된다. 따라서 인가전압을 지속적으로 증가하면 나노 유기화 층상 실리케이트의 양이온의 충돌에너지가 커져 층간 거리가 더욱 커지므로 분산이 더욱 잘 이루어질 수는 있지만 11kV이상의 고전압을 인가하게 되면 위험성이 증가하고 단락되는 사고가 일어날 수 있으므로 11kV이하가 바람직하다. In the case of alternating electric field applied voltage, the electric field strength (75V / mm) below 3kV can be seen to decrease with time rather than to increase due to the extremely weak current flow, which is between nano organic layered silicate layers. The cations (+ tetravalent ammonium cations) of the intercalated nano-organic layered silicates collide at regular intervals toward the nano-organized layered silicate sidewalls between the layers, and the collision energy is weak, resulting in no significant effect on the dispersion of intercalation and exfoliation. . Therefore, if the applied voltage is continuously increased, the collision energy of the cation of the nano-organic layered silicate is increased and the interlayer distance is increased, so that the dispersion can be made better, but if a high voltage of 11kV or more is applied, the risk may increase and an accident may occur Therefore, 11 kV or less is preferable.
교류 전기장 인가주파수의 경우, 주파수가 낮을 경우에는 나노 유기화 층상 실리케이트의 양이온의 진동이 느려져 나노 유기화 층상 실리케이트의 양이온이 나노 유기화 층상 실리케이트 벽으로의 충돌효과가 미약하여 나노 유기화 층상 실리케이트의 층간을 팽창시키지 못하게 되고, 주파수가 너무 높을 경우에는 충돌효과가 강화되어 나노 유기화 층상 실리케이트의 층간 팽창이 커지지만 나노 유기화 층상 실리케이트의 층간에 존재하는 나노 유기화 층상 실리케이트의 양이온의 진동이 대단히 빠르게 되어 충돌없이 층간 공간에서 진동만 하게 됨에 따라 층간을 충돌하기가 오히려 어려워져서 박리가 미약하게 되기 때문에 1000Hz가 가장 바람직하다.In the case of the alternating electric field applied frequency, when the frequency is low, the vibration of the cations of the nano-organized layered silicate is slowed down, so that the cation of the nano-organized layered silicate is weak in the collision effect to the nano-organized layered silicate wall, so that the interlayer of the nano-organized layered silicate is not expanded. If the frequency is too high, the collision effect is enhanced to increase the interlayer expansion of the nano-organized layered silicate, but the cations of the nano-organized layered silicate in the inter-layer space of the nano-organized layered silicate become extremely fast, thus avoiding collisions. 1000 Hz is most preferable because only vibration makes it difficult to collide the layers, resulting in weak peeling.
교류 전기장 인가시간의 경우, 인가시간을 지나치게 오랫동안 적용하게 되면 온도의 급격한 상승을 가져올 뿐만 아니라 인가시간이 증가하면서 호핑전류가 증가하다가 60분에서 포화되어 층간 거리는 더 이상 커지지 않으므로 인가시간을 60분 이상으로 더 적용한다 하더라도 층간 거리는 동일하므로 분산이 더 이상 증가하지는 않기 때문에 60분 이하가 바람직하다. In the case of alternating electric field application time, if the application time is applied for too long, not only the temperature rises sharply but also the hopping current increases as the application time increases, and it saturates at 60 minutes, so the distance between layers does not grow any longer. Even if it is further applied, 60 minutes or less is preferable because the distance between layers is the same, so that the dispersion does not increase any more.
따라서 교류전기장을 인가조건은 인가전압 3~11㎸, 인가주파수 1000㎐, 인가시간 60분 이하가 바람직함을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the conditions for applying an AC electric field are preferably 3 to 11 kW, an applied frequency of 1000 kW, and an application time of 60 minutes or less.
도 1의 (A)는 본 발명의 제조단계 중 제3단계의 전기장 분산되지 않은 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트이고, (B)는 제4단계의 전기장 분산된 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트로서, (A)와 (B)를 비교한 투과전자현미경(TEM) 사진이다. Figure 1 (A) is the third step of the electric field undispersed epoxy-nano organic layered silicate mixed composite of the manufacturing step of the present invention, (B) is the fourth step of the electric field dispersed epoxy-nano organic layered silicate mixed composite This is a transmission electron microscope (TEM) photograph comparing (A) and (B).
(A)의 경우, 여기서 어두운 흑색 선들은 나노 유기화 층상 실리케이트 단층을 나타낸 것으로, 나노 유기화 층상 실리케이트의 층간 팽창이 잘 이루어지지 않아 나노 유기화 층상 실리케이트의 층간으로 에폭시 수지의 분산이 잘 일어나지 않아서 3.2nm의 d-spacing을 갖는 어두운 흑색 선들이 질서정연하게 규칙적으로 배열되어 있음을 알 수 있다. In the case of (A), the dark black lines represent the nano-organized layered silicate monolayer, and the interlayer expansion of the nano-organized layered silicate is not performed well, so that the dispersion of the epoxy resin does not occur easily between the layers of the nano-organized layered silicate, resulting in 3.2 nm. It can be seen that the dark black lines with d-spacing are arranged in an orderly and orderly fashion.
(B)의 경우, 주파수 1000㎐와 전압 11kV를 인가하여 제조한 본 발명의 투과전자현미경(TEM) 사진인데, (A)와 달리 액상 에폭시 수지에 나노 유기화 층상 실리케이트가 무질서하게 완전 분산(박리화)된 것을 보여주고 있다. (B) is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the present invention prepared by applying a frequency of 1000 kHz and a voltage of 11 kV. Unlike (A), nano-organized layered silicates are randomly completely dispersed (peeled off) in a liquid epoxy resin. ) Is showing.
도 2는 본 발명의 제조단계 중 제5단계의 마이크로 실리카가 주입되고, 에폭시 수지는 34.7중량%, 마이크로 실리카가 65중량%, 나노 유기화 층상 실리케이트가 0.3중량%인 조성비로 제조된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트의 투과전자현미경(TEM) 사진이다. Figure 2 is a micro-silica of the fifth step of the manufacturing step of the present invention, the epoxy resin is 34.7% by weight, the micro-silica is 65% by weight, the nano-organic layered silicate prepared by the composition ratio of the epoxy-micro silica 0.3% by weight A transmission electron microscope (TEM) image of a nano-organized layered silicate mixed composite.
첫 번째 TEM 사진의 경우, 마이크로 실리카는 에폭시 수지에 균질하게 분산되어져 있지만, 나노화된 유기화 층상 실리케이트는 너무 작은 크기이기 때문에 보이지 않는다. In the first TEM photograph, the micro silica is homogeneously dispersed in the epoxy resin, but the nanonized organic layered silicates are not visible because they are too small in size.
그래서 첫 번째 TEM 사진의 확대된 두 번째 TEM 사진에서, 도트로 표시된 원형 영역 내의 것을 확대하여 (Ⅰ)~(Ⅳ)로 나타내었다. 원형 도트로 표시된 것은 나노화된 유기화 층상 실리케이트로서 이 나노화된 유기화 층상 실리케이트가 마이크로 실리카 입자들 사이에 고르게 자리 잡고 있다. 나노화된 유기화 층상 실리케이트는 육안으로 보기에는 너무 희미하여 식별하기에는 너무 어렵다. Thus, in the enlarged second TEM picture of the first TEM picture, the inside of the circular area indicated by dots is enlarged and represented by (I) to (IV). Shown by the circular dots are nanonized organic layered silicates, which nanonized organic layered silicates are evenly placed between the micro silica particles. Nanonized organic layered silicates are too faint to the naked eye and too difficult to identify.
이유는 마이크로 실리카 입자에 초점을 맞추면 나노입자의 유기화 층상 실리케이트가 희미하여지는 반면 나노입자의 유기화 층상 실리케이트에 초점을 맞추면 마이크로 실리카 입자의 일부만을 볼 수 있기 때문에 완전 박리된 상태의 나노 유기화 층상 실리케이트가 존재하고 있는 이미지를 세 번째 TEM 사진 (Ⅰ),(Ⅱ),(Ⅲ),(Ⅳ)로 나타내었다.
The reason is that focusing on the micro silica particles will fade the organic layered silicates of the nanoparticles, while focusing on the nanoparticles' organic layered silicates will only show a fraction of the micro silica particles, so the nano-organized layered silicates in the fully peeled state will be Existing images are shown as third TEM photographs (I), (II), (III) and (IV).
1. 열적 특성(유리전이온도(Tg))1. Thermal Characteristics (Glass Transition Temperature (Tg))
표 1에 의하면, 원형 에폭시 수지의 유리전이온도는 DSC(시차주사열량계,Differential Scanning Calorimeter)(모델 MDSC 2910, TA Instrument) 측정결과 133.6℃, 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)의 유리전이온도는 133.8℃, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)의 유리전이온도는 137.0℃, 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)의 유리전이온도는 134.0℃, 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)의 유리전이온도는 136.7℃의 결과로 나타났다. According to Table 1, the glass transition temperature of the circular epoxy resin was 133.6 ° C. and 60 wt% of micro silica was added to the epoxy-micro composite (EMC) as a result of DSC (Differential Scanning Calorimeter) (model MDSC 2910, TA Instrument). Glass transition temperature of -60) is 133.8 ° C., and glass transition temperature of epoxy-micro composite (EMC-65) to which 65% by weight of micro silica is added is 137.0 ° C., 60% by weight of micro silica and fully peeled and nanonized organic silicate silicate. The glass transition temperature of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-60-0.3) of the present invention to which 0.3 wt% was added was 134.0 ° C., 65 wt% of micro silica and 0.3% of the fully peeled and nanonized organic layered silicate 0.3 The glass transition temperature of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of the present invention to which the weight percent was added was 136.7 ° C. Results showed a.
유리전이온도의 측정결과와 가교밀도(Crosslink density)와의 관계는 밀접한 관련이 있다. 가교밀도는 공식 ρ=E'/3RT에서 구하였다. 여기서 ρ는 mol/㎤로 표현되는 가교밀도이고, T는 절대온도(273.15K)이고, E(J/㎤)'는 절대온도 T=Tg+45℃에서 에폭시 수지의 저장 탄성률(storage modulus)이고, R은 일반 기체상수(Universal gas constant)(8.314472 JK-1 mol-1)이다. 가교밀도가 증가하면 유리전이온도 역시 증가하고, 감소하면 유리전이온도가 감소하는 경향을 나타내는데, 이는 가교밀도가 유리전이온도에 영향을 미치고 있음을 나타내는 것이다. The relationship between the measurement result of glass transition temperature and the crosslink density is closely related. The crosslink density was obtained from the formula ρ = E '/ 3RT. Where ρ is the crosslink density expressed in mol / cm 3, T is the absolute temperature (273.15K), E (J / cm 3) 'is the storage modulus of the epoxy resin at the absolute temperature T = Tg + 45 ° C. , R is the universal gas constant (8.314472 JK -1 mol -1 ). As the crosslinking density increases, the glass transition temperature also increases, and as the crosslinking density decreases, the glass transition temperature decreases, indicating that the crosslinking density affects the glass transition temperature.
원형 에폭시 수지의 가교밀도는 10.3×10-3mol/㎤, 유리전이온도는 133.6℃이고, 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)의 가교밀도는 12.7×10-3mol/㎤, 유리전이온도는 133.8℃, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)의 가교밀도는 17.7×10-3mol/㎤, 유리전이온도는 137.0℃, 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)의 가교밀도는 15.9×10-3mol/㎤, 유리전이온도는 134.0℃, 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)의 가교밀도는 19.5×10-3mol/㎤, 유리전이온도는 136.7℃를 나타냈다. The crosslinking density of the circular epoxy resin is 10.3 × 10 −3 mol / cm 3, the glass transition temperature is 133.6 ° C., and the crosslinking density of the epoxy-micro composite (EMC-60) to which 60% by weight of micro silica is added is 12.7 × 10 −3. mol / cm 3, glass transition temperature is 133.8 ℃, crosslink density of epoxy-micro composite (EMC-65) added with 65% by weight of micro silica is 17.7 × 10 -3 mol / cm 3, glass transition temperature is 137.0 ℃, micro silica The crosslinking density of the inventive epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-60-0.3) with 60% by weight and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate was 15.9 × 10 -3 mol / Cm 3, glass transition temperature is 134.0 ° C., 65% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate, the present epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) Of autumn Density is 19.5 × 10 -3 mol / ㎤, the glass transition temperature exhibited 136.7 ℃.
상술한 바에 의해, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트의 가교밀도를 비교해 보면 12.7×10-3mol/㎤에서 17.7×10-3mol/㎤로 증가하였고, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트의 가교밀도를 비교해 보면 15.9×10-3mol/㎤에서 19.5×10-3mol/㎤로 증가하였다. As described above, the crosslinking density of the epoxy-microcomposite added with 60% by weight of micro silica and 65% by weight increased from 12.7 × 10 -3 mol / cm 3 to 17.7 × 10 -3 mol / cm 3, and the micro silica Comparing the crosslinking density of the epoxy-micro silica-nano-organized layered silicate mixed composite of the present invention to which 60% by weight and 65% by weight and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate were added, 15.9 × 10 -3 mol / cm 3 Increased to 19.5 × 10 −3 mol / cm 3 at.
이에 따라 마이크로 실리카 함량이 증가함에 따라 가교밀도가 증가함을 알 수 있다. Accordingly, it can be seen that the crosslinking density increases as the micro silica content increases.
그리고 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트의 가교밀도와 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트의 가교밀도를 비교해 보면 12.7×10-3mol/㎤에서 15.9×10-3mol/㎤로 증가하였고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트의 가교밀도와 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트의 가교밀도를 비교해 보면 17.7×10-3mol/㎤에서 19.5×10-3mol/㎤로 증가하였다. And the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixture of the present invention to which the crosslinking density of the epoxy-microcomposite added with 60% by weight of micro silica and 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate were added. The crosslinking density of the composites was increased from 12.7 × 10 -3 mol / cm 3 to 15.9 × 10 -3 mol / cm 3, and the crosslinking density of the epoxy-micro composite with 65% by weight of micro silica and 65% by weight of micro silica Comparing the crosslinking density of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite of the present invention to which 0.3 wt% of fully peeled and nanonized organic layered silicate was added, it was 19.5 × 10 -3 mol / cm at 17.7 × 10 -3 mol / cm 3. Increased to cm 3.
이에 따라 완전 박리된 나노 유기화 층상 실리케이트의 0.3wt%에 의해 더욱더 가교밀도가 증가함을 알 수 있다.
Accordingly, it can be seen that the crosslinking density is further increased by 0.3 wt% of the nano-organized layered silicate completely peeled off.
2. 기계적 특성(DMA의 Tanδ(Delta), 굴곡강도, 인장강도)2. Mechanical properties (Tanδ (Delta), flexural strength, tensile strength of DMA)
(1) DMA의 Tanδ(Delta) 특성(1) Tanδ (Delta) characteristics of DMA
열적특성의 유리전이온도 변화에 따른 저장 탄성률(Storage Modulus)의 변화를 상술한 표 1을 통해 살펴보면, 고무상태(Rubbery state) 영역의 T=Tg+45℃에서 원형 에폭시 수지의 저장 탄성률은 116(J/㎤)이고, 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)의 저장 탄성률은 143(J/㎤)이고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)의 저장 탄성률은 201(J/㎤)이고, 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)의 저장 탄성률은 179(J/㎤)이고, 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)의 저장 탄성률은 221(J/㎤)의 결과로 나타났다.The change in storage modulus according to the glass transition temperature of the thermal properties is shown in Table 1 above, and the storage modulus of the circular epoxy resin at T = Tg + 45 ° C. in the rubber state region is 116 ( J / cm 3), and the storage elastic modulus of the epoxy-micro composite (EMC-60) added with 60% by weight of micro silica is 143 (J / cm 3) and the epoxy-micro composite (EMC- added with 65% by weight of micro silica). The storage modulus of 65) is 201 (J / cm 3), and the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC) of the present invention added with 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate. -60-0.3) has a storage modulus of 179 (J / cm 3), and the epoxy-micro silica-nano organication of the present invention added 65% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate. The storage modulus of the layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) was found to be 221 (J / cm 3).
상술한 바처럼, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트의 저장 탄성률을 비교해 보면 143(J/㎤)에서 201(J/㎤)로 증가하였고, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트의 저장 탄성률을 비교해 보면 179(J/㎤)에서 221(J/㎤)로 증가하였다. As described above, the storage modulus of the epoxy-micro composites to which 60% by weight of micro silica and 65% by weight was added was increased from 143 (J / cm 3) to 201 (J / cm 3), and 60% by weight of micro silica Comparing the storage modulus of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite of the present invention to which 65% by weight and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate were added, the storage modulus of 221 (J / cm 3) was measured at 179 (J / cm 3). Increased to).
이에 따라 마이크로 실리카 함량이 증가함에 따라 저장 탄성률이 증가함을 알 수 있다. Accordingly, it can be seen that the storage modulus increases as the micro silica content increases.
그리고 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)의 저장 탄성률과 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)의 저장 탄성률을 비교해 보면 143(J/㎤)에서 179(J/㎤)로 증가하였고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)의 저장 탄성률과 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)의 저장 탄성률을 비교해 보면 201(J/㎤)에서 221(J/㎤)로 증가하였다. And the epoxy-micro silica- of the present invention to which the storage modulus of the epoxy-micro composite (EMC-60) added with 60% by weight of micro silica and 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate were added. Comparison of the storage modulus of the nano-organic layered silicate mixed composite (EMNC-60-0.3) increased from 143 (J / cm 3) to 179 (J / cm 3), and epoxy-micro composite (EMC) with 65% by weight of micro silica added. -65) storage of the present invention epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) added 65% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate In comparison, the modulus increased from 201 (J / cm 3) to 221 (J / cm 3).
이에 따라 완전 박리된 나노 유기화 층상 실리케이트의 0.3wt%에 의해 더욱더 저장 탄성률이 증가함을 알 수 있다.
Accordingly, it can be seen that the storage modulus is further increased by 0.3 wt% of the nano-organized layered silicate completely peeled off.
(2) 굴곡강도(flexural strength) 특성(2) flexural strength characteristics
원형 에폭시 수지(neat epoxy), 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60), 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65), 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3), 및 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)에 대한 굴곡강도는 와이블 선도(Weibull Plot)에 따르면 다음과 같다. Circular epoxy resin, epoxy-micro composite (EMC-60) added with 60% by weight of micro silica, epoxy-micro composite (EMC-65) with added 60% by weight of micro silica, 60% by weight of micro silica, and Epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-60-0.3) of the present invention to which 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate is added, and 65% by weight of micro silica and fully peeled and nanonized organic layered Flexural strength for the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of 0.3% by weight of silicate added according to Weibull Plot is as follows.
표 2에 의하면, 형상 모수(shape parameter)는 원형 에폭시 수지가 65.1이고, 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)가 24.4이고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)가 31.7이고, 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)가 55.9이고, 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)가 65.0의 결과로 나타났다.According to Table 2, the shape parameter is 65.1 epoxy resin with a circular epoxy resin, 24.4 weight percent epoxy-micro composite (EMC-60) added with 60 wt% micro silica, and 65 weight% micro silica added with epoxy-. Epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-60-) with 31.7 microcomposites (EMC-65) and 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicates added 0.3) is 55.9, and the epoxy-micro silica-nano organicated layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of 65% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully exfoliated and nanonized organic layered silicate is added to 65.0. The result was
상술한 바에 의해, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트의 형상모수를 비교해 보면 24.4에서 31.7로 증가하였고, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트의 형상모수를 비교해 보면 55.9에서 65.0로 증가하였다. 형상 모수(shape parameter)가 크면 Fitted line의 기울기가 동질성의 특성을 의미하는 것이다. Fitted line의 기울기가 크면 클수록 더욱더 균질한 절연파괴강도 특성을 갖게 되는 것이다. As described above, the shape parameters of the epoxy-microcomposite added with 60% by weight of micro silica and 65% by weight increased from 24.4 to 31.7, with 60% by weight of micro silica and 65% by weight and fully peeled and nanonized organicization. Comparing the shape parameters of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite of the present invention to which 0.3 wt% of the layered silicate was added, it increased from 55.9 to 65.0. If the shape parameter is large, the inclination of the fitted line means the characteristics of homogeneity. The larger the slope of the fitted line is, the more homogeneous the dielectric breakdown strength is.
이에 따라 마이크로 실리카 함량이 증가함에 따라 형상모수가 증가하게 되어 본 발명의 fitted line은 에폭시-마이크로 콤포지트 보다 더욱더 균질한 특성을 나타낸다. Accordingly, the shape parameter increases as the content of the micro silica increases, so that the fitted line of the present invention exhibits more homogeneous characteristics than the epoxy-micro composite.
그리고 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)의 형상모수와 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)의 형상모수를 비교해 보면 24.4에서 55.9로 증가하였고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)의 형상모수와 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)의 형상모수를 비교해 보면 31.7에서 65.0로 증가하였다. And the epoxy-micro silica- of the present invention to which the shape parameter of the epoxy-micro composite (EMC-60) to which 60% by weight of micro silica is added, and 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate are added. When comparing the shape parameters of the nano-organized layered silicate composite (EMNC-60-0.3), the shape parameters of the epoxy-micro composite (EMC-65) added with 65% by weight of micro silica and micro silica 65 were increased from 24.4 to 55.9. Comparison of the shape parameters of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) with the addition of 0.3% by weight and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate increased from 31.7 to 65.0. .
이에 따라 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트의 0.3중량%에 의해 에폭시-마이크로 콤포지트와 비교하여 본 발명의 형상모수가 더욱 증가함에 따라 더욱더 균질한 특성을 나타냄을 알 수 있다. Accordingly, it can be seen that as the shape parameter of the present invention is further increased by 0.3% by weight of the fully peeled and nanonized organic layered silicate, the shape parameter of the present invention is more homogeneous.
척도 모수(Scale parameter)는 원형 에폭시 수지의 경우 107.6Mpa, 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)가 157.8Mpa이고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)가 171.2Mpa이고, 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)가 162.7Mpa이고, 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)가 176.9Mpa의 결과로 나타났다.The scale parameter is 107.6 Mpa for a circular epoxy resin, 157.8 Mpa for an epoxy-micro composite (EMC-60) added with 60% by weight of micro silica, and an epoxy-micro composite with 65% by weight of micro silica. EMC-65) is 171.2 Mpa, and the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite of the present invention (EMNC-60-0.3) added with 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate (EMNC-60-0.3) Is 162.7 Mpa, and the epoxy-microsilica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of the present invention with 65% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate was added at 176.9 Mpa. The result was
상술한 바에 의해, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트의 척도모수를 비교해 보면 157.8Mpa에서 171.2Mpa로 증가하였고, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트의 척도모수를 비교해 보면 162.7Mpa에서 176.9Mpa로 증가하였다. As described above, the scale parameter of the epoxy-microcomposite added with 60% by weight of micro silica and 65% by weight increased from 157.8 Mpa to 171.2 Mpa, and with 60% by weight of micro silica and 65% by weight and completely peeled off and nano-ized Comparison of the scale parameters of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite of the present invention to which 0.3 wt% of the organic layered silicate was added increased from 162.7 Mpa to 176.9 Mpa.
이에 따라 마이크로 실리카 함량이 증가함에 따라 척도모수가 증가하게 됨을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that the scale parameter increases as the micro silica content increases.
그리고 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)의 척도모수와 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)의 척도모수를 비교해 보면 157.8Mpa에서 162.7Mpa로 증가하였고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)의 척도모수와 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)의 척도모수를 비교해 보면 171.2Mpa에서 176.9Mpa로 증가하였다. And the epoxy-micro silica- of the present invention to which 60% by weight of the micro-silica-added epoxy-micro composite (EMC-60) and 60% by weight of the micro silica and 0.3% by weight of the fully peeled and nanonized organic layered silicate were added. Comparison of the scale parameters of the nano-organic layered silicate composite (EMNC-60-0.3) increased from 157.8 Mpa to 162.7 Mpa, and the scale parameters and micro-scales of the epoxy-micro composite (EMC-65) added 65% by weight of micro silica. Comparison of the scale parameters of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of the present invention to which 65% by weight of silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate were added was 176.9 at 171.2 Mpa. Increased to Mpa.
이에 따라 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트의 0.3wt%에 의해 에폭시-마이크로 콤포지트와 비교하여 본 발명의 척도모수가 더욱 증가하게 됨을 알 수 있다. Accordingly, it can be seen that the scale parameter of the present invention is further increased by 0.3 wt% of the fully peeled and nanonized organic layered silicate, compared to the epoxy-micro composite.
파괴확률(B10 수명)은 원형 에폭시 수지의 경우 78.2Mpa, 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)가 92.4Mpa이고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)가 38.1Mpa이고, 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)가 98.1Mpa이고, 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)가 102.2Mpa의 결과로 나타났다.The probability of failure (B10 life) is 78.2 Mpa for the epoxy resin, 92.4 Mpa for the epoxy-micro composite (EMC-60) added with 60% by weight of micro silica, and epoxy-micro composite with 65% by weight of the micro silica. EMC-65) is 38.1 Mpa, and the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite of the present invention (EMNC-60-0.3) added with 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate Is 98.1 Mpa, and the epoxy-micro silica-nano organicated layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of 65% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate is added to 102.2 Mpa. The result was
상술한 바에 의해, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트의 파괴확률을 비교해 보면 92.4Mpa에서 38.1Mpa로 감소하였지만, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트의 척도모수를 비교해 보면 98.1Mpa에서 102.2Mpa로 증가하였다. As described above, when comparing the failure probability of the epoxy-microcomposite with 60% by weight of the micro silica and 65% by weight, it was reduced from 92.4 Mpa to 38.1 Mpa, but 60% by weight of the micro silica and 65% by weight and completely peeled off and nano-ized. Comparison of the scale parameters of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite of the present invention to which 0.3 wt% of the organic layered silicate was added increased from 98.1 Mpa to 102.2 Mpa.
이에 따라 종래의 에폭시-마이크로 콤포지트와는 달리 마이크로 실리카 함량이 증가함에 따라 수명이 증가하게 됨을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that the life span is increased as the content of micro silica increases, unlike the conventional epoxy-micro composite.
그리고 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)의 파괴확률과 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)의 파괴확률을 비교해 보면 92.4Mpa에서 98.1Mpa로 증가하였고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)의 파괴확률과 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)의 파괴확률을 비교해 보면 38.1Mpa에서 102.2Mpa로 증가하였다. And the failure probability of the epoxy-micro composite (EMC-60) to which 60% by weight of micro silica was added, and the epoxy-micro silica- of the present invention to which 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate were added. The breakdown probability of nano-organic layered silicate composite (EMNC-60-0.3) was increased from 92.4Mpa to 98.1Mpa, and the breakdown probability of epoxy-micro composite (EMC-65) added with 65% by weight of micro silica Comparing the failure probability of the epoxy-micro silica-nano-organized layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) with 65% by weight of silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate, 102.2 at 38.1 Mpa. Increased to Mpa.
이에 따라 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트의 0.3중량%에 의해 에폭시-마이크로 콤포지트와 비교하여 본 발명의 수명이 더욱 증가하게 됨을 알 수 있다.
Accordingly, it can be seen that the life span of the present invention is further increased by 0.3% by weight of the fully peeled and nanonized organic layered silicate, compared to the epoxy-micro composite.
(3) 인장강도(tensile strength) 특성(3) tensile strength characteristics
원형 에폭시 수지(neat epoxy), 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60), 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65), 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3), 및 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)에 대한 굴곡강도는 와이블 선도(Weibull Plot)에 따르면 다음과 같다. Circular epoxy resin, epoxy-micro composite (EMC-60) added with 60% by weight of micro silica, epoxy-micro composite (EMC-65) with added 60% by weight of micro silica, 60% by weight of micro silica and Epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-60-0.3) of the present invention to which 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate is added, and 65% by weight of micro silica and fully peeled and nanonized organic layered Flexural strength for the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of 0.3% by weight of silicate added according to Weibull Plot is as follows.
표 3에 의하면, 형상 모수(shape parameter)는 원형 에폭시 수지(neat epoxy)가 78.4이고, 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)가 39.6이고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)가 78.7이고, 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)가 94.7이고, 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)가 104.6의 결과로 나타났다.According to Table 3, the shape parameter is 78.4 of circular epoxy resin, epoxy-micro composite (EMC-60) added with 60% by weight of micro silica, 39.6, and 65% by weight of micro silica. Epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite of the present invention with 78.7 added epoxy-micro composite (EMC-65) added and 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate. EMNC-60-0.3) is 94.7, and the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of the present invention is added with 65% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate. ) Results in 104.6.
상술한 바에 의해, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트의 형상모수를 비교해 보면 39.6에서 78.7로 증가하였고, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트의 형상모수를 비교해 보면 94.7에서 104.6로 증가하였다. 형상 모수(shape parameter)가 크면 Fitted line의 기울기가 동질성의 특성을 의미하는 것이다. Fitted line의 기울기가 크면 클수록 더욱더 균질한 인장강도 특성을 갖게 되는 것이다. As described above, the shape parameters of the epoxy-microcomposite added with 60% by weight of micro silica and 65% by weight increased from 39.6 to 78.7, and with 60% by weight of micro silica and 65% by weight and fully peeled and nanonized organicization. Comparing the shape parameters of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite of the present invention to which 0.3 wt% of the layered silicate was added, it increased from 94.7 to 104.6. If the shape parameter is large, the inclination of the fitted line means the characteristics of homogeneity. The larger the slope of the fitted line is, the more homogeneous the tensile strength is.
이에 따라 마이크로 실리카 함량이 증가함에 따라 형상모수가 증가하게 되어 본 발명의 fitted line은 에폭시-마이크로 콤포지트 보다 더욱더 균질한 인장특성을 나타낸다. Accordingly, the shape parameter increases as the content of the micro silica increases, and thus the fitted line of the present invention exhibits more uniform tensile properties than the epoxy-micro composite.
그리고 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)의 형상모수와 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)의 형상모수를 비교해 보면 39.6에서 94.7로 증가하였고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)의 형상모수와 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)의 형상모수를 비교해 보면 78.7에서 104.6로 증가하였다. And the epoxy-micro silica- of the present invention to which the shape parameter of the epoxy-micro composite (EMC-60) to which 60% by weight of micro silica is added, and 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate are added. When comparing the shape parameters of the nano-organic layered silicate composite (EMNC-60-0.3), it increased from 39.6 to 94.7, and the shape parameters of the epoxy-micro composite (EMC-65) added with 65% by weight of micro silica and micro silica 65 Comparison of the shape parameters of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of the present invention with the addition of 0.3% by weight and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate increased from 78.7 to 104.6. .
이에 따라 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트의 0.3중량%에 의해 에폭시-마이크로 콤포지트와 비교하여 본 발명의 형상모수가 더욱 증가함에 따라 더욱더 균질한 인장특성을 나타냄을 알 수 있다. Accordingly, it can be seen that by 0.3 wt% of the fully peeled and nanonized organic layered silicate, the homogeneous tensile properties are exhibited as the shape parameter of the present invention is further increased as compared with the epoxy-micro composite.
척도 모수(Scale parameter)는 원형 에폭시 수지의 경우 80.6Mpa, 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)가 97.3Mpa이고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)가 101.7Mpa이고, 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)가 98.9Mpa이고, 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)가 105.9Mpa의 결과로 나타났다.The scale parameter is 80.6 Mpa for the epoxy resin, 97.3 Mpa for the epoxy-micro composite (EMC-60) added with 60% by weight of micro silica, and epoxy-micro composite (65% by weight for the micro silica added). EMC-65) of 101.7 Mpa, epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite of the present invention (EMNC-60-0.3) added with 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate Is 98.9 Mpa, and the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of the present invention with 65% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate is added at 105.9 Mpa. The result was
상술한 바에 의해, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트의 척도모수를 비교해 보면 97.3Mpa에서 101.7Mpa로 증가하였고, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트의 척도모수를 비교해 보면 98.9Mpa에서 105.9Mpa로 증가하였다. As described above, the scale parameters of the epoxy-microcomposite added with 60% by weight of micro silica and 65% by weight increased from 97.3 Mpa to 101.7 Mpa, with 60% by weight of micro silica and 65% by weight and completely peeled off and nano-ized. Comparison of the scale parameters of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite of the present invention to which 0.3 wt% of the organic layered silicate added was increased from 98.9 Mpa to 105.9 Mpa.
이에 따라 마이크로 실리카 함량이 증가함에 따라 척도모수가 증가하게 됨을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that the scale parameter increases as the micro silica content increases.
그리고 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)의 척도모수와 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)의 척도모수를 비교해 보면 97.3Mpa에서 98.9Mpa로 증가하였고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)의 척도모수와 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)의 척도모수를 비교해 보면 101.7Mpa에서 105.9Mpa로 증가하였다. And the epoxy-micro silica- of the present invention to which 60% by weight of the micro-silica-added epoxy-micro composite (EMC-60) and 60% by weight of the micro silica and 0.3% by weight of the fully peeled and nanonized organic layered silicate were added. When comparing the scale parameters of the nano-organized layered silicate mixed composite (EMNC-60-0.3), the scale parameters of the epoxy-micro composite (EMC-65) added with 65% by weight of micro silica were increased from 97.3 Mpa to 98.9 Mpa. When comparing the scale parameters of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of the present invention to which 65% by weight of silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate were added, it was 105.9 at 101.7 Mpa. Increased to Mpa.
이에 따라 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트의 0.3중량%에 의해 에폭시-마이크로 콤포지트와 비교하여 본 발명의 척도모수가 더욱 증가하게 됨을 알 수 있다. Accordingly, it can be seen that the scale parameter of the present invention is further increased by 0.3% by weight of the fully peeled and nanonized organic layered silicate, compared to the epoxy-micro composite.
파괴확률(B10 수명)은 굴곡강도의 특성에서와 동일하다.
The probability of failure (B10 life) is the same as that of the flexural strength.
3. 전기적 특성(절연파괴강도)3. Electrical Characteristics (Insulation Breaking Strength)
절연파괴강도는 고전압전력설비에 치명적 결함의 원인이 되기 때문에 유전재료의 절연성능을 추정하는데 매우 중요한 특성이다.Insulation breakdown strength is a very important characteristic for estimating the insulation performance of dielectric materials because it causes fatal defects in high voltage power equipment.
여기서, 형상모수(Shape parameter)는 데이터 분포 기울기를 나타내고, 척도모수(Scale parameter)는 누적분포 확률밀도의 63.2%에서 파괴확률에 기대되는 절연파괴강도를 나타내고, 파괴확률은 플롯상 절연파괴강도특성이 나쁜 10%에서 사고가 날 수 있는 확률로서, 실제 현장에서 절연파괴는 이 부분에서 일어나기 때문에 수명에 지대한 영향을 미치는 전기적 특성이다. Here, the shape parameter represents the data distribution slope, the scale parameter represents the dielectric breakdown strength expected at the failure probability at 63.2% of the cumulative distribution probability density, and the fracture probability is the dielectric breakdown strength characteristic of the plot. The probability of an accident occurring in this bad 10% is an electrical property that has a profound effect on lifespan as the actual breakdown occurs in this area.
표 4에 의하면, 척도모수(Scale parameter)는 원형 에폭시 수지의 경우 81.9, 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)가 71.6이고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)가 66.3이고, 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)가 95.4이고, 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)가 87.3의 결과로 나타났다. According to Table 4, the scale parameters are 81.9 for the epoxy resin, 71.6 for the epoxy-micro composite (EMC-60) added with 60% by weight of micro silica, and 65% by weight for the micro silica added. Epoxy-micro silica-nano organic layered silicate blend composite (EMNC-60-) with 66.3 microcomposites (EMC-65) and 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicates added 0.3) is 95.4, and the epoxy-micro silica-nano organicated layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of the present invention with 65% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate is added to The result was
상술한 바에 의해, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트의 척도모수를 비교해 보면 71.6에서 66.3로 감소하였지만, 이와 같은 에폭시-마이크로 콤포지트에 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트의 0.3중량%를 첨가함으로써 척도모수가 증가하였음을 알 수 있다. As described above, the scale parameter of the epoxy-microcomposite added with 60% by weight of micro silica and 65% by weight was reduced from 71.6 to 66.3. It can be seen that the scale parameter was increased by adding 0.3% by weight.
즉, 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)의 척도모수와 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)의 척도모수를 비교해 보면 71.6에서 95.4로 증가하였고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)의 척도모수와 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)의 척도모수를 비교해 보면 66.3에서 87.3로 증가하였다. That is, the epoxy-micro silica of the present invention to which 60% by weight of the micro-silica-added epoxy-micro composite (EMC-60) and 60% by weight of the micro silica and 0.3% by weight of the fully peeled and nanonized organic layered silicate were added. The scale parameters of the nano-organic layered silicate mixed composite (EMNC-60-0.3) increased from 71.6 to 95.4, and the scale parameters of the epoxy-microcomposite (EMC-65) and micro silica added 65% by weight of micro silica. Comparison of the scale parameters of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) with 65% by weight and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate increased from 66.3 to 87.3 It was.
형상모수(Shape parameter)는 원형 에폭시 수지의 경우 6.9, 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)가 4.8이고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)가 4.2이고, 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)가 12.2이고, 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)가 10.3의 결과로 나타났다.Shape parameters are 6.9 for round epoxy resins, 4.8 for epoxy-micro composites (EMC-60) with 60% by weight of micro silica added, and epoxy-micro composites with 65% by weight of micro silica (EMC-). 65) is 4.2, and the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-60-0.3) of the present invention added with 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate (EMNC-60-0.3) The epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) of the present invention with the addition of 65% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate resulted in a result of 10.3.
상술한 바에 의해, 마이크로 실리카 60중량%와 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트의 형상모수를 비교해 보면 4.8에서 4.2로 감소하였지만, 이와 같은 에폭시-마이크로 콤포지트에 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트의 0.3중량%를 첨가함으로써 형상모수가 증가하였음을 알 수 있다. As described above, although the shape parameters of the epoxy-microcomposite added with 60% by weight of micro silica and 65% by weight were reduced from 4.8 to 4.2, the organic layered silicate completely peeled and nano-ized into such epoxy-microcomposite was It can be seen that the shape parameter was increased by adding 0.3% by weight.
즉, 마이크로 실리카 60중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-60)의 형상모수와 마이크로 실리카 60중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-60-0.3)의 형상모수를 비교해 보면 4.8에서 12.2로 증가하였고, 마이크로 실리카 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트(EMC-65)의 척도모수와 마이크로 실리카 65중량% 및 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%가 첨가된 본 발명의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트(EMNC-65-0.3)의 척도모수를 비교해 보면 4.2에서 10.3으로 증가하였다. That is, the epoxy-micro silica of the present invention to which the shape parameter of the epoxy-micro composite (EMC-60) added with 60% by weight of micro silica, 60% by weight of micro silica and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate were added. When comparing the shape parameters of nano-organic layered silicate mixed composites (EMNC-60-0.3), the scale parameters of the epoxy-micro composites (EMC-65) added with 65% by weight of micro-silica and micro-silica were increased from 4.8 to 12.2. The scale parameters of the inventive epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite (EMNC-65-0.3) added 65% by weight and 0.3% by weight of fully peeled and nanonized organic layered silicate increased from 4.2 to 10.3. It was.
이는 Fitted line의 기울기가 증가하면 할수록 더욱더 균질한 절연파괴강도 특성을 갖게 되는 것을 의미하는 것이다. 이러한 결과는 판상 형태를 갖는 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트가 마이크로 실리카 입자들 사이에 균질하게 분산되어 전기적 절연파괴강도 특성의 향상을 나타내는 것이다. This means that as the fitted line slope increases, the dielectric breakdown strength becomes more homogeneous. These results indicate that the fully peeled and nanonized organic layered silicate having a plate-like form is homogeneously dispersed between the micro silica particles, thereby improving the electrical breakdown strength property.
전기적 절연파괴강도는 표 1에서 나타낸 가교밀도와 함께 증가하는 것과는 일치하지는 않는다. 마이크로 실리카 60중량%와 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트에 있어서, 표 1에서 가교밀도 증가에도 불구하고 표 4에서 전기적 절연파괴강도(척도모수)는 감소되었다. The electrical breakdown strength is not consistent with the increase in crosslink density shown in Table 1. In the epoxy-micro composites to which 60% by weight and 65% by weight of micro silica were added, the electrical breakdown strength (scale parameter) in Table 4 was decreased despite the increase in the crosslinking density in Table 1.
이것은 구상 마이크로 실리카와 에폭시 수지 사이의 계면 주변에서 전자가 쉽게 흐르기 때문이며, 이들 전자에 의해 마이크로 실리카 표면의 반대편에서 새로운 전계가 집중된다. 그렇지만 마이크로 실리카 사이에 위치한 판상 형태의 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트가 전자들을 차단해서 전기적 절연파괴강도 특성이 놀랄만하게 증가된 것이다.
This is because electrons easily flow around the interface between the spherical micro silica and the epoxy resin, whereby a new electric field is concentrated on the opposite side of the micro silica surface. However, the fully stripped, nano-organized layered silicate in the form of a plate placed between micro silica blocks the electrons, resulting in a surprising increase in the electrical breakdown strength properties.
이상 기술한 바와 같이, 투과전자현미경(TEM)의 관찰에 의해 나노화된 유기화 층상 실리케이트가 완전 박리되었음을 검증하였고, 이 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트가 마이크로 실리카 입자 사이로 균질하게 분산되어 있음을 알 수 있다. As described above, the observation of the transmission electron microscope (TEM) confirmed that the nanonized organic layered silicate was completely peeled off, and that the completely peeled and nanonized organic layered silicate was homogeneously dispersed between the micro silica particles. have.
그리고 마이크로 실리카 함량이 증가함에 따라 가교밀도는 증가하였고, 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트의 0.3중량%의 추가에 의해 가교밀도는 더욱더 높게 나타났다. And as the micro silica content increased, the crosslinking density increased, and the crosslinking density was even higher by adding 0.3% by weight of the fully peeled and nanonized organic layered silicate.
또한 인장강도와 굴곡강도는 마이크로 실리카 충진함량이 증가할수록 증가하였고, 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트 0.3중량% 추가로 더욱더 높게 나타났다. Tensile strength and flexural strength were also increased with increasing the amount of micro silica filling, and were further increased by 0.3 wt% of fully peeled and nano-organized layered silicates.
또한 전기적 절연파괴강도는 마이크로 실리카 60중량%와 65중량%가 첨가된 에폭시-마이크로 콤포지트의 경우에 마이크로 실리카 충진함량 증가에 따라 감소되는 결과를 가져왔지만, 에폭시-마이크로 콤포지트에 완전 박리되고 나노화된 유기화 층상 실리케이트의 0.3중량%를 첨가함으로써 전기적 절연파괴강도가 증가하였다. In addition, the electrical breakdown strength was reduced as the amount of micro silica filled increased in the case of 60-% by weight and 65-% by weight of silica, but completely peeled and nano-organized into the epoxy-micro composite. The electrical breakdown strength was increased by adding 0.3 wt% of the layered silicate.
Claims (5)
나노 유기화 층상 실리케이트를 100℃에서 24시간 예열을 실시하여 나노 유기화 층상 실리케이트에 포함된 수분을 완전하게 제거하는 제2단계와;
상기 제1단계의 예열된 액상 에폭시 수지와 제2단계의 수분이 제거된 나노 유기화 층상 실리케이트를 30분~60분 동안 강력 초음파 분산기(Power Ultrasonic Wave), 균질기(Homogenizer), 및 기계적 교반기(Mechanical stirrer)의 조합으로 가진 교반하되, 강력 초음파 분산기의 초음파 가진 조건은 공진주파수 20khz, 진폭 60~68%, 출력 750~1500W 세기의 조건으로, 균질기는 10000rpm의 조건으로, 기계적 교반기는 2000~3000rpm의 조건으로 가진 교반하는 제3단계로 이루어지는 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 전처리 단계와;
상기 제3단계의 혼합되어 전처리된 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트를 교류전기장 분산 챔버에 투입하여 교류 전기장에 의해 나노 유기화 층상 실리케이트의 양이온이 나노 유기화 층상 실리케이트의 층간에서 진동하여 층간 거리를 팽창시켜 에폭시 수지가 나노 유기화 층상 실리케이트의 팽창된 층간으로 삽입과 박리가 이루어지도록 분산시키는 제4단계와;
상기 제4단계의 전기장 분산 처리된 에폭시-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트와 경화제에 각각 평균입경 3~20㎛의 마이크로 실리카를 주입하여 기계적 교반기에서 30분~60분 동안 2000~4500rpm의 조건으로 교반시킨 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트 혼합물과 경화제-마이크로 실리카 혼합물을 혼합하여 다시 10~20분 동안 교반과 기포제거를 위해 1차 혼합(Mixing) 및 탈포(Defoaming)하는 제5단계와;
상기 제5단계의 1차 혼합 및 탈포된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트에 소포제 및 분산제를 첨가하여 기포제거 및 분산에 용이하도록 첨가 후 2차 탈포(Defoaming)하는 제6단계와;
상기 제6단계의 1차 혼합 및 2차 탈포된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트에 경화촉진제를 첨가하여 첨가된 경화촉진제가 고르게 분포되도록 기계적 교반기로 교반 및 기포제거를 위해 2차 혼합 및 3차 탈포하는 제7단계와;
경화제, 경화촉진제, 소포제, 및 분산제가 혼합됨과 아울러 2차 혼합 및 3차 탈포된 제7단계의 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트를 80℃로 예열된 금형에 주입한 후에 주입된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 액상 콤포지트의 최종 기포제거를 위하여 진공오븐(1 torr)에서 30~60분 동안 진공 탈포 과정을 실시하는 제8단계와;
상기 제8단계의 진공 탈포된 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화된 층상실리케이트 액상 콤포지트를 성형시키기 위해 고온오븐에서 120℃에서 2시간 동안 1차 경화를 실시한 후 다시 150℃에서 24시간 동안 2차 경화를 실시하여 제조하는 제9단계로 이루어지는 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 본처리 단계를 포함하는 전기장 분산을 이용한 절연용 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트 제조방법. A first step of preheating the liquid epoxy resin at 80 ° C. for 1 to 5 hours to lower the viscosity;
A second step of preheating the nano-organized layered silicate at 100 ° C. for 24 hours to completely remove moisture contained in the nano-organized layered silicate;
The preheated liquid epoxy resin of the first stage and the nano-organized layered silicate from which the moisture of the second stage was removed are subjected to a power ultrasonic wave, a homogenizer, and a mechanical stirrer for 30 to 60 minutes. stirrer), but the ultrasonic excitation condition of the powerful ultrasonic disperser is the resonance frequency 20khz, amplitude 60 ~ 68%, output 750 ~ 1500W intensity, homogenizer 10000rpm, mechanical stirrer 2000 ~ 3000rpm An epoxy-nano organic layered silicate pretreatment step consisting of a third step of stirring under conditions;
The mixed and pretreated epoxy-nano organic layered silicate liquid composite of the third step is introduced into an alternating current electric field dispersion chamber, and the cation of the nano-organized layered silicate is vibrated between layers of the nano-organized layered silicate by an alternating electric field to expand the interlayer distance. Dispersing the epoxy resin into the expanded interlayer of the nano-organized layered silicate to allow insertion and exfoliation;
The micro-silica having an average particle diameter of 3 to 20 µm was injected into the liquid composite and the curing agent of the epoxy-nano organic layered silicate treated in the fourth step, respectively, and stirred under a condition of 2000 to 4500 rpm for 30 to 60 minutes in a mechanical stirrer. A fifth step of mixing the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite mixture and the hardener-micro silica mixture and mixing and defoaming the mixture for 10-20 minutes for stirring and defoaming;
A sixth step of defoaming the second mixed and degassed epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite by adding an antifoaming agent and a dispersing agent to facilitate bubble removal and dispersion;
By adding a curing accelerator to the sixth step of the primary mixing and secondary degassed epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite, the secondary mixing for stirring and defoaming with a mechanical stirrer to evenly distribute the added curing accelerator. And a seventh step of defoaming thirdly;
Epoxy injected after the curing, curing accelerator, antifoaming agent, and dispersing agent were mixed, and the secondary mixed and tertiary degassed seventh stage epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite was injected into a mold preheated to 80 ° C. An eighth step of performing a vacuum defoaming process for 30 to 60 minutes in a vacuum oven (1 torr) to remove the final bubbles of the micro silica-nano organic layered silicate liquid composite;
In order to form the vacuum degassed epoxy-micro silica-nano organic layered silicate liquid composite of the eighth step, the first curing was performed at 120 ° C. for 2 hours in a high temperature oven, and then the second curing was performed at 150 ° C. for 24 hours. Epoxy-micro silica-nano-organized layered silicate composite composite manufacturing method using the electric field dispersion comprising the main step of the epoxy-micro silica-nano organic layered silicate comprising the ninth step.
에폭시수지 39.7중량%, 마이크로 실리카 60중량%, 나노 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%이거나 또는 에폭시수지 34.7중량%, 마이크로 실리카 65중량%, 나노 유기화 층상 실리케이트 0.3중량%인 것을 특징으로 하는 전기장 분산을 이용한 절연용 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트 제조방법. The method according to claim 1,
Insulation using electric field dispersion, characterized in that 39.7% by weight of epoxy resin, 60% by weight of micro silica, 0.3% by weight of nano organic layered silicate, or 34.7% by weight of epoxy resin, 65% by weight of micro silica, 0.3% by weight of nanoorganized layered silicate Process for preparing epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite for use.
상기 교류 전기장 분산 챔버에는 교류전기장을 가하기 위한 한 쌍의 대향된 +/- 평행평판 전극이 설치되고, 교류 전기장 인가조건은 인가전압 3~11㎸, 인가주파수 1000㎐, 인가시간 60분 이하인 것을 특징으로 하는 전기장 분산을 이용한 절연용 에폭시-마이크로 실리카-나노 유기화 층상 실리케이트 혼합 콤포지트 제조방법. The method according to claim 1 or 2,
The AC field dispersion chamber is provided with a pair of opposed +/- parallel plate electrodes for applying an AC electric field, and the AC electric field applying conditions are 3 to 11 kW, an applied frequency of 1000 kW, and an application time of 60 minutes or less. A method for producing an epoxy-micro silica-nano organic layered silicate mixed composite for insulation using electric field dispersion.
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