에폭시의 마이크로웨이브 경화

단시간에 경화되는 접착제는 보관 중에 불안정한 경향이 있고, 보관 중에 안정적인 접착제는 천천히 경화되는 경향이 있습니다. 결과적으로, 경화를 촉진하기 위해 열이나 자외선을 사용하는 경우가 많습니다. 그러나 두 가지 방법 모두 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 예를 들어, 일부 인쇄물은 내구성 강화용 마감 처리 오븐에서 장시간을 견디지 못할 수도 있습니다. 마찬가지로, UV 경화의 명백한 단점은 방사선이 어셈블리의 모든 부분에 도달할 수 있어야 한다는 것입니다.

전자레인지는 접착제 경화를 위한 대체 에너지원입니다. UV 방사선과 마찬가지로 마이크로파는 전자기파로 구성됩니다. 그러나 UV 방사선과 달리 마이크로파는 광파가 아닌 전파입니다. 따라서 전자레인지가 도달할 수 없는 구성 요소는 없습니다. 그리고 마이크로파 에너지를 흡수하는 물질만 스스로 발열하므로 선택적인 가열이 가능합니다. 실제로 마이크로파를 이용한 선택적 가열을 통해 접착제를 경화시키는 동시에 외부 수단으로 기재의 다른 부분을 냉각시키는 것이 가능합니다.

여러 연구에서 에폭시 접착제를 경화하기 위한 잠재적인 열원으로 마이크로파 방사선을 조사했습니다. 그들은 마이크로파로 경화된 접착제의 기계적 특성이 기존 가열 방법을 통해 경화된 접착제의 기계적 특성과 유사하다는 것을 보여주었습니다. 실제로 마이크로파는 기존의 가열 방법보다 더 빠르게 접착제를 경화시켰으며, 동일한 전환율을 보였습니다.

마이크로파 사용의 또 다른 이점은 마이크로파에 잘 반응하는 접착제에 외부 물질을 통합할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 탄소나노튜브(CNT)와 활성탄 분말은 마이크로파와 강하게 반응합니다. 한 연구에서는 CNT를 Hexion Inc.의 EPON 862 에폭시와 혼합하여 나노복합체를 만들었습니다. 상업용 전자레인지에서 2.45GHz 마이크로파를 사용하여 혼합물을 경화하는 데는 기존 오븐을 사용했을 때 8시간이 걸렸던 데 비해 단 10분밖에 걸리지 않았습니다.

마이크로파가 복합재를 더 강하게 만들 수도 있습니다. 예를 들어, 한 연구에서는 드릴링으로 인한 박리 현상이 감소한 반면 모드 I 층간 파괴 인성은 기존 가열로 경화된 복합재에 비해 마이크로파로 경화된 복합재에서 66% 이상 증가한 것으로 나타났습니다.

현재까지 에폭시의 마이크로파 경화를 살펴본 대부분의 연구는 주로 상업용 전자레인지 및 산업용 멀티모드 애플리케이터를 사용하여 수행되었습니다. 이러한 장치에서는 마이크로파 기능을 제어하기가 어렵기 때문에 마이크로파와 경화 과정에 관련된 물질 사이의 상호 작용에 대한 세부적인 조사가 불가능합니다. 즉, 마이크로파를 이용한 접착제 경화는 잘 정립되어 있지만, 마이크로파를 이용한 접착제 경화의 원리를 확인하는 것은 불가능합니다.

우리는 그것을 바꾸고 싶었습니다. 우리의 목표는 2.45GHz 마이크로파를 사용하여 에폭시의 경화 특성을 조사하는 것이었습니다. 우리는 경화 과정에서 매우 정확한 마이크로파 조사와 정밀한 온도 측정이 가능한 장치를 사용했습니다. 접착제는 다목적 점성 에폭시 수지인 BADGE(비스페놀-A 디글리시딜 에테르), 경화제인 PA(프탈산 무수물), 경화 촉진제인 2-에틸-4-메틸이미다졸(EM)의 세 가지 구성 요소로 구성되었습니다. 경화제와 경화촉진제는 다재다능하고 보관 안정성이 뛰어납니다.

우리의 목표는 두 가지였습니다:

경화된 접착제의 품질은 감쇠된 총 반사율 푸리에 변환 적외선 분광법으로 검사되었습니다. 우리의 테스트에서는 10분 동안 전자레인지로 가열한 후 BADGE가 완전히 가교되는 것으로 나타났습니다. 대조적으로, 용광로에서 20분 후에도 완전한 가교가 발생하지 않았습니다. 출처: 조치대학교

우리의 첫 번째 작업은 전기로와 전자레인지로 접착제가 경화되는 방식을 비교하는 것이었습니다.

처음 혼합했을 때 에폭시는 탁하고 점성이 있는 액체입니다. 경화되면서 혼합물이 투명해지며 경화 정도를 육안으로 쉽게 관찰할 수 있습니다.