Isothermal physical aging of a glass fiber/epoxy composite was examined at different aging temperatures(T-g) and degrees of conversion (monitored by the glass transition temperature, T-g) by means of the TEA torsion pendulum technique. The range of aging temperature was from 10 to 130 degreesC; the conversion was systematically changed from T-g 76 degreesC to T-g=177 degreesC (fully crosslinked). The effect of isothermal physical aging was manifested as perturbations of the modulus and mechanical loss vs. temperature in the vicinity of T-g for all conversions. The rate of isothermal physical aging determined from the change of modulus with aging time at fixed aging temperature decreased and then increased with increasing conversion below T-a = 90 degreesC. There exists a superposition in aging rate vs. (T-g- T-g) by shifting horizontally and vertically. This implies that the physical aging process is independent of the change of chemical structure as conversion proceeds. It has been found that water absorbed at the aging temperature below 70 degreesC during isothermal physical aging lowers the apparent aging rate. It is due to the absorbed water molecules forming strong polar interactions with hydroxyl group on network chain and reducing the segmental mobility during the physical aging.

본 연구에서는 유리섬유/에폭시수지 복합재료의 등온물리시효 거동을 torsional braid analysis(TBA)-torsion pendulum을 이용하여 다양한 경화도 (유리전이온도로 모니터된) 와 등온시효온도 (T(a))에 대하여 조사하였다. 이때 시효온도는 10 ℃에서 130 ℃로, 경화도는 T(g)=76 ℃에서 완전 경화물의 T(g)=177 ℃로 변화시켰다. 모든 경화도에서 등온물리시효 효과가 T(a) 부근의 일정온도 영역에서 탄성율과 대수감소율의 변화로 나타났다. 일정 시효온도에서 시효시간에 따른 탄성율의 변화로부터 결정된 등온물리시효속도는 T(a)=90 ℃ 아래에서 경화도가 증가함에 따라 감소하다가 증가하는 양상을 보였다. 시효속도는 (T(g)-T(a))의 그림에서 평행과 수직 이동에 의해 중첩이 됨을 확인할 수 있었으며, 이는 물리시효과정이 경화반응에 의한 화학구조의 변화에 영향을 받지 않는다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 약 70 ℃ 아래의 시효온도에서는 등온시효동안 수분이 흡수되며 그것으로 인해 시효속도가 감소한다는 것을 알 수 있었다. 이는 물분자와 사슬의 히드록시기와의 강력한 극성결합으로 사슬의 운동성감소에 기인하는 것으로 생각된다.

Keywords: Epoxy; Composite; Physical Aging; TBA