In this study, to improve the thermal stabilities of the epoxy composite specimens in addition to the enhanced mechanical properties, those were reinforced with carbon nanotubes and micrometer-sized silica particles. To disperse the filler in matrix relatively simple physical process, specimens were fabricated using shear mixing and sonication.Tensile strength, coefficients of thermal expansion and thermal conductivity of the specimens were measured with varied contents of the two fillers. The mechanical and thermal properties were also discussed, and the experimental results of thermal expansion related to the thermal stability of the specimens were compared with those from several micromechanics models. The hybrid composites specimens incorporating 0.6 wt％ of carbon nanotubes and 50 wt％ of silica particles showed better mechanical properties than the others with increase in tensile strength up to 11％, with respect to those of the baseline specimens. As the silica contents were increased the thermal expansion was reduced down to 36%, and the thermal stability was improved with the decreased thermal deformation. Thermal conductivity of the epoxy composite specimens incorporating 50 wt％ of silica particles was enhanced, which demonstrate improvement of 72%. The mechanical and thermal properties of the hybrid composites specimens incorporating the two fillers were improved simultaneously.

본 연구에서는 에폭시 복합재료의 기계적 물성을 향상시킴과 동시에 상대적 단점으로 지적될 수 있는 열 안정성과 치수 안정성의 문제를 개선하고자 에폭시 복합재료를 다중벽 탄소나노튜브와 마이크로미터 크기의 실리카 입자로 강화하였다. 두 충전제는 별도의 개질 없이 전단혼합과 초음파기기만을 이용하는 물리적 방법으로 에폭시 수지 내에 분산시켰다. 두 충전제 함량에 따른 시편의 특성은 인장강도, 열팽창계수, 열전도도 측정을 통해 평가하였으며, 시편의 열 안정성을 보다 넓은 범위에서 고찰하기 위해 열팽창계수를 측정한 결과와 미시역학모델을 이용해 계산한 결과를 비교하였다. 탄소나노튜브 함량 0.6 wt%에 실리카 함량 50 wt%로 강화된 하이브리드 복합재료 시편의 인장강도는 에폭시 복합재료 시편 대비 약 11%의 증가를 보여 가장 좋은 기계적 물성을 나 타내었다. 열적 물성을 살펴보면 두 충전제의 함량에 따라 그 결과가 달라지는데, 특히 에폭시 수지 내에 실리카 함량이 증가할수록 열팽창계수는 약 36%까지 감소하였고, 이로 인해 시편의 열 변형이 줄어들면서 열 안정성도 개선되었다. 또한 실리카 함량 50 wt%로 강화된 에폭시 복합재료 시편의 열전도도는 약 72% 정도 증가하였다. 두 충전제로 강화된 하이브리드 복합재료 시편에서는 보다 향상된 기계적, 열적 물성을 확보할 수 있었다.

Keywords: Hybrid composites, Epoxy, Carbon nanotubes, Silica particles, Mechanical property, Coefficient of thermal expansion, Thermal stability, Thermal conductivity, Micromechanics models

Keywords: 하이브리드 복합재료, 에폭시, 탄소나노튜브, 실리카 입 자, 기계적 성질, 열팽창계수, 열 안정성, 열전도도, 미시역학 모델