Herein, we report the effect of sizing agents on carbon fiber (CF)/epoxy interfacial interaction. In addition to the relationships between sizing agents and composite interfacial properties, which have been the focus of previous studies, this study deals with the effect of sizing agents on the resin impregnation behavior in vacuum assisted resin transfer molding (VaRTM), which affects the productivity of composite manufacturing. For this purpose, CFs treated with different sizing agents were compared. CF surface characteristics were investigated via various analyses. Surface free energy, a parameter of the fiber/matrix adhesion, was measured. Dynamic contact angles were measured to understand the CF wettability. VaRTM tests were performed, and the flow simulations using molecular dynamics were performed to verify the velocity profile with respect to surface conditions. Interfacial shear strength (IFSS) of CF/epoxy composites was evaluated via micro-droplet tests. Finally, resin flow characteristics with polymer slip at the CF surface were studied, and the normalized surface free energy, considering the specific surface area, was suggested as the key parameter of IFSS.
본 연구에서는 사이징제 (Sizing agent)가 탄소섬유/에폭시 복합재료의 계면 상호작용에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 이를 위해 다양한 상용 사이징제로 처리된 탄소섬유의 에폭시 수지 함침 특성과 복합재료 계면 물성을 비교 및 분석하였다. 다양한 표면 분석법을 통해 탄소섬유 표면의 물리적/화학적 특성을 평가하였으며, 섬유/기지 간의 접착 및 젖음성을 평가하기 위해 표면 에너지와 동적 접촉각을 측정하였다. VaRTM 시험을 통해 탄소섬유 직물의 함침 특성을 관찰하였으며, 분자 동역학을 활용하여 압력 구배에 의한 유동에서 고체 표면 특성에 따른 유속 분포를 비교하였다. 탄소섬유/에폭시 복합재료의 계면전단강도를 측정하기 위해 Micro-droplet 시험을 수행하였다. 결과적으로 탄소섬유 표면에서의 에폭시 수지 유동 특성을 폴리머 슬립 (Polymer slip)의 관점에서 논하였으며, 계면전단강도를 결정하는 요인으로 비표면적을 고려한 표준화 표면 에너지 (Normalized surface free energy)를 제시하였다.
