As the demand to replace metals used in aerospace equipment and transportation devices for fuel efficiency increases, lightweight plastics are becoming more important materials. Among the materials, bearings parts used in aerospace equipment and transportation device must have excellent heat resistance. They must withstand temperatures exceeding 200 °C due to frictional heat generated during operation. Additionally, they must satisfy mechanical properties similar to metals. To fulfill these requirements, super engineering plastics must be applied. Among the suitable super engineering plastics, poly etherketoneketone (PEKK) is most suitable material. However, to be applied in the industry, durable performance, including strength and dimensional stability, needs improvement. One facility method to achieve the improvement is applying polymer composites. Polymer composites are materials created by mixing two or more kind of materials. Among the materials, graphene nanoplatelets (GNPs) are lighter than other materials like glass fiber and having superior mechanical properties. However, there are issue regarding GNP aggregation. Poor dispersion of fillers within the composite leads to irregularity in composite properties and degradation. To effectively enhance performance of polymer composites, the issue of filler dispersion needs to be solved. To improve GNPs dispersion, functionalization GNPs was chosen as the method. Polymer compatibilizer will be applied via noncovalent functionalization. Block copolymer, pyrene-functionalized PMMA-b-PDMAEMA (PIB) was synthesized for use as a compatibilizer. We measured the molecular weight of the synthesized compatibilizer by GPC and the structure of compatibilizer were analyzed through 1H-NMR and FT-IR. The functionalized GNP was analyzed through Raman, TGA, AFM and SEM. Optical properties of neat PEKK, P-GNP/PEKK and F-GNP/PEKK composites were confirmed through SEM. Also, neat PEKK, P-GNP/PEKK and F-GNP/PEKK composites was analyzed for crystallinity using DSC and XRD. Mechanical properties were analyzed by UTM, and thermal properties were analyzed using DMA and TMA. Through these analyzes, the application of compatibilizer effectively improves GNP dispersion in the composite. Furthermore, improvements were confirmed in the mechanical and thermal properties. According to the improvements, it is inferred that F-GNP/PEKK composites has the excellent durability. Therefore, using PEKK composites reinforced with functionalized GNP, weight reduction will be effectively achieved in the transportation field.
항공우주장비와 운송 기기의 연료 절감을 위해 기기에 사용되는 금속을 대체하고자 하는 사회적 요구가 증가하며, 무게가 가벼운 플라스틱이 각광받고 있다. 그 중에서 항공우주장비와 운송 기기의 부품으로 사용되는 베어링은 뛰어난 내열성을 가져야 한다. 주행 중 발생하는 마찰열에 의해 브레이크 오일의 온도가 200 °C를 넘기므로 고온에서 물성 변화가 없어야 한다. 그리고 금속과 유사한 기계적 성질을 만족해야 하기 때문에 슈퍼 엔지니어링 플라스틱을 적용하여야 한다. 그 중 가장 적합한 소재로 poly(etherketoneketone) (PEKK) 가 있다. 하지만 PEKK가 산업에 적용되기 위해서는 강도, 치수안정성을 포함한 내구성이 향상되어야 한다. 그 중 가장 많이 사용되는 방법은 고분자 복합재료의 도입이다. 고분자 복합재료는 두가지 이상의 고분자 물질이나 고분자 물질이 아닌 재료를 섞어서 만든 재료이다. 그 중에서 graphene nanoplatelet (GNP)은 유리섬유와 같은 재료보다 가벼우며 기계적 특성이 뛰어나 연구의 필요성이 높아지고 있다. 그러나 GNP끼리 응집하는 문제가 있으며 복합재료 내 필러의 낮은 분산성은 복합체 특성의 불규칙성을 야기하고 물성을 저하한다. 고분자 복합재료의 효과적인 특성 향상을 위하여 필러의 분산성이 향상되어야 한다. 본 연구에서는 이러한 이슈를 해결하기 위해 GNP 표면에 고분자 형태의 상용화제를 사용하여 기능화 하고자 하였으며 이러한 상용화제가 기계적, 열, 모폴로지 특성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. Pyrene-functionalized PMMA-b-PDMAEMA (PIB)을 상용화제로 사용하기 위한 고분자 블록공중합체의 합성을 진행하였다. 이를 GNP의 표면에 비공유전자결합으로 관능화하였다. 합성한 고분자 상용화제에 대하여 GPC을 통해 분자량을 측정하였고 1H-NMR, FT-IR을 통해 구조적 분석을 진행하였다. 관능화된 GNP는 Raman, TGA를 통해 분석하였으며 관능화된 GNP를 적용한 PEKK 복합재료를 DSC, XRD를 통해 결정화도 및 결정화 거동을 분석하였다. UTM을 통한 기계적 특성을 구하였으며 DMA, TMA를 통한 열적 특성을 분석하였다. 관능화된 GNP와 복합 재료에 대한 광학적인 특성은 FE-SEM을 이용하여 확인하였다. 이러한 분석을 통해 PIB 상용화제 적용은 복합재료 내의 GNP 분산성을 효과적으로 향상시키는 것을 확인할 수 있었고, 내구성에 영향을 미치는 기계적, 열적 특성이 향상되었음을 확인하였다. 이렇게 제조된 PEKK 복합재료를 재료로 하여 항공우주장비, 운송 기기의 부품을 만들 때 무게가 효과적으로 감소될것으로 사료된다.