(1) HVAC 절연파괴 강도 특성시험

HVAC 절연파괴 강도 실험에 사용된 시험 장치는 교류전력 발생장치의 전압/전류, 100kV/0.1A, 주파수 60Hz로서 10kVA용량을 갖는 내전압 발생장치를 사용하였다. 절연파괴 시험은 직경 7.4㎜ Stainless 재질의 구대구 전극을 사용하였으며, 연면파괴 방지와 결과 데이터 신뢰성 확보를 위해 상온의 대두유 환경에서 시험하였다. HVAC 실험에 적용된 사용전압의 인가속도는 HVAC 1kV/s로 승압하여, 시편이 관통 파괴에 이를 때까지 승압하였다. 측정환경의 온도는 상온상태에서 시험하였고, 사용된 모든 시편은 100mm×100mm×1mm로 규격화하였고, 정확한 측정 결과를 얻기 위하여 전극위치의 샘플 두께를 측정하였다. 파괴전압 측정결과를 두께 1mm로 교정한 결과 데이터를 와이블 플롯(Weibull Plot)으로 나타내었다.

(2) 유전특성

유전 특성 시험에 사용된 시험장치는 Quatro Cryosystem 및 Novocontrol이 함께 사용하였다. 본 연구에서는 온도조건을 상온상태로 진행하였으며, 주파수 가변(0.5～1MHz)에 따라 유전율(Permittivity), 유전손실(tanδ) 그리고 AC 전도도(Conductivity)를 측정하였다. 시험에 사용된 시편의 치수는 지름 30mmΦ×1mm로 규격화하여 측정하였다.

(3) 와이블플롯(Weibull Plot)

HVAC 절연파괴강도 측정결과 자료를 와이블플롯으로 나타내었다. 와이블플롯의 두가지 파라미터 즉, shape parameter(형상파라미터)와 scale parameter(스케일파라미터)를 구하였다. 그리고 특성값인 B10 Life를 구하였다. 와이블 플롯의 2-파라미터에 대한 누적 밀도 함수는 (식 (2.1))에서 나타내었다.

파라미터 중 스케일파리미터($\eta$)와 형상파라미터($\beta$)가 사용 된다. 스케일파라미터는 고장 누적확률이 63.2%인 전기적 절연파괴강도에 대한 확률분포를 나타내며, 형상파라미터는 와이블 플롯의 회귀선의 기울기와 같고 고장 값의 통계적 분포를 나타낸 것이다. 형상파라미터인 기울기가 크면 측정 자료의 균질성이 우수한 결과를 나타낸 것이며, 반면 기울기가 낮으면 측정 결과 자료의 분포가 넓게 되어져 균질성이 떨어짐을 의미한다. 그 결과 데이터의 신뢰도가 낮음을 의미하는 것이다.

B10 Life는 본 연구에서 사용하는 특성값으로 10% 지점의 누적확률분포를 나타낸 것이다. 형상파라미터가 크면 스케일 파라미터와 B10 Life 특성 값의 차이는 크게 줄어들어 근접한 값을 나타내게 된다. 형상파라미터가 작으면 스케일파라미터와 B10 Life의 결과 차이가 매우 크게 나타나게 된다. 고전압 기반 고압중전기기의 절연체에서 절연의 결함 (보이드, 이물질),

(1) DGEBA/ESBO Mixture Composites

계면의 결함, 전계집중 등 다양한 문제점들을 내포하고 있다. 그런 이유로 평등전계에 존재하는 영역에서는 매우 좋은 절연특성을 나타내는 반면, 결함이 존재한 곳에 전계가 인가 될 때 매우 위험도가 큰 failure를 맞게 된다. 그런 이유로 다수의 샘플이 높은 신뢰도의 결과를 얻었지만, 소수 몇 개가 치명적인 결함을 갖게 될 때 비로서 큰 영향을 주게 되며, 하위 누적확률 분포 10%가 그 역활을 하게 된다.

그림 4. DGEBA/ESBO 화학양론의 함량비에따른 혼합 Composites HVAC 절연파괴 와이블플롯 특성

Fig. 4. HVAC insulation breakdown Weibull plot characteristics of mixed composites according to the content ratio of DGEBA/ESBO stoichiometry

표 2 그림 3.1 HVAC 절연파괴 와이블플롯 특성파라미터 및 특성값

Table 2 Figure 3.1 HVAC insulation breakdown Weibull plot characteristic parameters and characteristic values

HVAC 절연파괴강도를 평가하기 위하여 화학양론의 당량에 기반한 YD_128 (이하 DGEBA라한다 :Diglycidyle Ether of

그림 5. 표 3.1 와이블플롯 스케일 파라미터의 값

Fig. 5. Table 3.1 Weibull plot scale parameter values

Bisphenol-A) 에폭시 수지와 Epoxidized Soybean Oil) (이하: ESBO라 한다)를 혼합하여 경화된 샘플 10종류를 제조하였다. 제조된 샘플은 그림 2.2와 그림 2.3의 제조공정에따라 제조하였고, 제조된 샘플을 진공상태인 데시케이터에 보관하여 사용하였다.

그림 3.1 ∼그림 3.2, 표 3.1 결과는 DGEBA_100phr/ESBO_0phr∼ DGEBA_10phr/ESBO_90phr 물리적으로 혼합하여 제조된 10종류 샘플의 HVAC 절연파괴 강도의 측정결과를 나타내었다.

그림 3.2의 결과는 ESBO 함량(0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90phr) 증가에 따른 HVAC 절연파괴 강도의 특성을 나타내었다. ESBO 함량의 증가는 절연파괴 강도의 감소를 가져왔다. YD_128_100phr/ESBO_0phr 샘플은 DGEBA 에폭시 수지만의 경화체로서 가장 높은 파괴강도의 결과를 나타내었다. 이는 Phenol 분자 2개와 단분자 Aceton과의 축합반응으로 얻어지는 비스페놀A(Bisphenol-A)형 단분자와 에피클로로하이드린(Epichlorohydrin) 2분자와의 축합 반응(condensation reaction)으로 생성되는 Bisphenol-A의 Diglycidyle Ether of Bisphenol-A(이후 DGEBA라 부른다)를 말하며, 분자의 말단에 있는 에폭시 기(Group)가 매우 반응성이 풍부하므로, 화학양론적인 당량비에 따른 경화제와 반응하여 조밀한 망상구조로 가교되어 높은 가교밀도를 나타내었음을 의미 한다. 당량비에따른 수지와 경화제 사이 화학반응으로 미반응성 잔류물은 전기적인 절연파괴 케리어로 작용하여 절연파괴강도를 감소시키는 결과를 가져온다. 미반응성 잔류물이 없는 즉, 수지와 경화제간 화학양론적 당량비가 적절할 때 순수한 에폭시 경화체로서 HVAC 절연파괴 강도가 높은 결과를 얻게 된 것으로 사료 된다.

ESBO 함량의 증가는 DGEBA의 양단에 존재하는 에폭시기의 반복횟수가 적어진 경우이며, 조직의 느슨함을 증가시키고 그로 인하여 가교점들이 멀어져있는 상태에 있다. 그 결과 가교밀도가 낮아지게 된다. 더불어 미반응성 잔류물이 증가되어

그림 6. YD_128/ESBO/M10_65wt% 혼합 Composites HVAC 절연파괴강도 와이블플롯 특성

Fig. 6. YD_128/ESBO/M10_65wt% mixed Composites HVAC breakdown strength Weibull plot characteristics

케리어의 증가를 유발하며, 분극에따른 전하의 이동이 용이하게되므로 HVAC 절연파괴 강도가 낮아지는 결과를 가져오는 것이로 사료된다.

(2) YD_128/ESBO/Micro Silica_M10(65wt%) Mixture Composites

그림 3.3, 그림 3.4 그리고 표 3.2에서는 DGEBA:ESBO=함량비는 화학양론적 당량비로 혼합하였고 그리고 Micro Silica인 M10_65wt%를 혼합하여 Composites를 제조하였다.

사용된 무기물은 표면이 개질되지 않은 Micro Silica로서 M10_65wt%을 각각의 혼합비에 충진시켜 10종류 Composites를 제조하였고 그리고 HVAC 절연파괴 강도를 평가하여 와이블 플롯

표 3 그림 3.3 HVAC 절연파괴강도 와이블플롯 특성파라미터 및 B10 Life 특성값

Table 3 Figure 3.3 HVAC breakdown strength Weibull plot characteristic parameters and B10 Life characteristic values

그림 7. 표 3.2의 HVAC 절연파괴 와이블플롯 스케일 파라미터의 결과(63.2%)

Fig. 7. Results of HVAC insulation breakdown Weibull plot scale parameters in Table 3.2 (63.2%)

으로 나타낸 결과이다. DGEBA:ESBO=100phr:0phr에서DGEBA: ESBO=10phr:90phr까지 10단계 ESBO함량의 변화에 대해 최대값(41.05kV/mm)그리고 최소값( 35.25kV/mm)의 결과로 차이는 5.8kV/mm를 나타내었다. 그러나 순수한 DGEBA:ESBO순수한 혼합물의 경화체의 경우 ESBO=0phr인 경우 33.51kV/mm(최대값) 그리고 ESBO=90phr인 경우 24.50kV/mm(최소값)의 결과를 나타내었다. 차이는 9.01kV/mm이다.

또한 BiO Epoxy의 배전용 중전기기에 적용 가능성을 살펴볼 때, ESBO_30phr의 경우 DGEBA+ESBO Composites 와 DGEBA+ ESBO/M10_65wt% Composites를 비교하면, 29.94kV/mm, 37.69kV/mm의 결과를 나타내었다. 그 결과 DGEBA+ESBO/M10_65wt% Composites가 DGEBA+ESBO Composites보다 7.75kV/mm(125%) 향상된 결과이다. 석유화학 에폭시수지(DGEBA_100phr+ESBO_0phr)만의 경우 33.51kV/mm와 DGEBA_70phr+ESBO_30phr의 경우 29.94kV/mm 로서 석유화학에폭시만의 특성과 바이오에폭시 ESBO_30phr이 혼합된 경우 비교할 때 11.92% HVAC 절연파괴강도가 낮아지는 결과이다.

반면 석유화학 만의 Composites (DGEBA_100phr+ESBO_0phr/ M10_65wt%) Composites 와(DGEBA_70phr +ESBO_30phr/M10_ 65wt%) Composites의 경우 41.05kV/mm, 37.69kV/mm로서 바이오에폭시 마이크로콤포지트가 (ESBO_30phr)가 석유화학 에폭시만의 마이크로콤포지트 보다 HVAC 절연파과강도 특성에서 8.9% 낮아지는 결과를 나타낸 것이다. HVAC절연파괴 강도면에서 기존의 석유화학에폭시만의 Composites를 BiO Epoxy(ESBO)_ 30phr를 혼합한 Composites를 대체 가능함을 확인 할 수 있었다.

YD_128의 함량은 감소하고, ESBO의 함량이 증가하면 탄소와 탄소 이중결합이 늘어나고, 지방족의 함량이 증가함으로 콤포지트는 연화되어진다. 그리고 두 탄소원자 사이 산소원자가 들어와서 옥시란(Oxirane)이라는 세 분자 사이 단일결합 삼각형고리가 가교점으로 간격이 DGEBA보다 떨어져 있다. 가교점이 멀어져 있음은 가교 밀도의 감소결과로 나타내어진다.

그 결과 HVAC절연파괴 강도의 감소를 가져온다.

또한 DGEBA/ESBO 혼합 에폭시에 표면 미개질된 M10_65wt% Composites의 HVAC 절연파괴강도 측정 결과 성능이 약 25% 향상된 값을 나타내었다.

그림 8. DGEBA/ESBO, DGEBA/ESBO/M10_65wt% Composites의 HVAC 절연파괴 와이블플롯 스케일파라미터의 특성비교

Fig. 8. Comparison of HVAC insulation breakdown Weibull plot scale parameter characteristics of DGEBA/ESBO and DGEBA/ESBO/M10_65wt% Composites

그 이유는 Micro Silica는 표면에 O-H가 존재하기 때문이며, DGEBA 에폭시수지와 에폭시화 대두유 (ESBO) –O-의 존재로 수소결합을 할 수 있기 때문에 순수한 DGEBA/ESBO 혼합 에폭시보다 강화된 계면 결합력의 향상을 가져오기 때문이다. 또한 큰 에너지를 갖는 전자가 에폭시 수지와 ESBO 이종 유기물의 계면에 충돌할 때, 가교밀도가 낮은 결합 영역에 충돌되어 절연파괴가 낮아지는 반면, 마이크로 실리카의 충진으로 수소 결합과 같은 계면결합이 강한 영역에서는 절연파괴가 증가되는 것으로 사료된다.

(3) YD_128/ESBO Composites와 Micro Silica_M10(65wt%) 충진된 Micro Composites의 HVAC 절연파괴 특성비교

그림 3.5에서는 DGEBA/ESBO Composites와 DGEBA/ESBO/ M10_65wt% Composites의 ESBO함량증가에따른 HVAC 절연파괴 강도의 결과를 비교한 것이다.

DGEBA/ESBO Composites와 DGEBA/ESBO/M10_65wt% 충진된 Micro Composites의 HVAC 절연파괴강도의 비율(%)은

이고, 결과는 다음과 같다.

ESBO_0phr:22.5%, ESBO_10phr:32.31%, ESBO_20phr: 28.37%, ESBO_30 phr:25.88%, ESBO_40phr:31.76%, ESBO_50phr:30.56%, ESBO_60phr:33.26%, ESBO_70phr: 30.56%, ESBO_80phr:36.36%, ESBO_90phr:43.87%

전반적인 함량비에서 HVAC 절연파괴강도의 비는 순수한석유화학에폭시 DGEBA_100phr/ESBO_0phr 와 DGEBA_100phr/ESBO_0phr/M10_65wt% Micro Composites의 비율이 22.5%로서 바이오 에폭시( ESBO) 함량이 증가된 경우에 비하여 낮은 성능을 나타내었다. 대체로 ESBO_10phr∼ESBO_90phr에 이르기까지 30% 높은 성능을 나타내었으며, ESBO_80phr, ESBO_90phr인 경우 36.36%, 43.87%의 결과로 상대적으로 높은 성능의 결과를 나타내었다.

DGEBA/ESBO Composites의 가교밀도와 DGEBA/ESBO/ M10_ 65wt% Composites 가교밀도의 비율은 다음과 같다.

표 3.3 DGEBA/ESBO 가교밀도와 DGEBA/ESBO/M10_65wt% 가교밀도 비

Table 3.3 DGEBA/ESBO cross-link density and DGEBA/ESBO/M10_65wt% cross-link density ratio

표 3.3에서 볼 수 있는 것처럼 DGEBA/ESBO Composites 가교밀도와 DGEBA/ESBO/M10_65wt% Composites의 가교 밀도의 비율에서 알 수 있는 것처럼 Micro M10_65wt%의 경우 가교밀도가 10.96배에서 무려 14.25배의 높은 결과를 나타내었다. 가교밀도가 높은 Composites는 절연파괴강도가 높고, 반면 가교밀도가 낮은 경우 절연파괴강도가 낮은 결과를 얻게 되었다.

그림 9. DGEBA/ESBO 함량비 변화에따른 유전율($\epsilon'$) 특성

Fig. 9. Dielectric constant ($\epsilon'$) characteristics according to changes in DGEBA/ESBO content ratio

(1) DGEBA/ESBO Mixture Composites의 유전특성

그림 3.6에서는 DGEBA(phr):ESBO (phr) = 함량비 (100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 30:70, 20:80, 10:90)에 따른 혼합 Composites 10종류 샘플을 제조하였고 그리고 상온상태에서 주파수 증가 (1Hz∼1MHz)에 따른 유전율의 측정결과를 나타내었다.

주파수 1Hz에서 1MHz까지 증가하였을 때 각각의 ESBO 함량 (0, 10phr∼90phr) 샘플에서 유전율은 전체적으로 감소되는 결과를 나타내었다. 그리고 ESBO 함량의 증가는 유전율이 증가되는 결과의 경향을 보여주었다. 즉, 저주파영역으로 갈수록 ESBO함량이 클수록 높은 유전율의 결과를 그리고 고주파영역으로 갈수록 유전율이 감소되는 결과이다.

순수한 DGEBA_100phr(ESBO_0phr) 경우 가장 낮은 유전율 의 결과를 나타내었다. ESBO혼합 함량이 낮은영역인 30, 20, 10phr 순서대로 유전율이 낮은 결과를 나타내었다. 그중 ESBO_ 30phr에서 유전율이 가장 낮은 결과이다.

반면 ESBO_40phr∼ESBO_90phr BiO 함량이 증가하고 석유화학 에폭시 (DGEBA)의 함량이 감소할 경우 즉, ESBO함량 증가에따라 유전율은 증가하는 경향이다. 그중 ESBO_90phr일 때 역시 최고로 높은 유전율의 결과이다.

DGEBA는 석유화학 에폭시의 Phenol 2분자와 Aceston 단분자와의 축합반응으로 얻어진 비스페놀 A형 단분자와 에피클로로하이드린 2분자와의 축합반응으로 생선된 DGEBA의 함량이 70phr, ESBO 함량 30phr 범위에서는 당량비에 따라 완전 경화가 진행되어 ESBO 잔류 함류량이 거의 존재하지 않기 때문에, 전기전도로서 작용할 수 있는 케리어 존재가 상대적으로 낮은 경우로 볼 수가 있다. 그리고 ESBO의 함량이 과량이고, DGEBA 함량이 소량인 경우, 가교 포인트의 거리가 멀어서 가교밀도가 낮아지게된다. 그런 이유로 체인의 움직이 증가되어 그 결과 유전율이 증가한 것으로 사료된다.

그림 10. DGEBA/ESBO 함량비 변화에따른 유전손실(tanδ) 특성

Fig. 10. Dielectric loss (tanδ) characteristics according to changes in DGEBA/ESBO content ratio

더불어 ESBO함량이 과량혼합된 경우, 불완전한 경화반응으로 미반응성의 지방족 체인이 가소제의 역할을 하는 경우처럼 체인의 움직임이 존재한 결과 유전율이 증가하는 것으로 평가되어진다.

유전율의 크기는 전기전도도와 밀접한 관계를 갖고 있으며, 전하의 이동 통로로서의 의미를 부여할 수가 있다. 그리고 계면의 결합과도 깊은 관계를 갖고 있는 전기물성의 특성으로 평가할 수 있는 파라미터이다. 이처럼 유전율 값이 작은 것은 전하의 이동이 어려워지고 이와 동반적으로 에폭시 수지와 나노입자 계면의 결합 정도에 영향을 받을 수 있으므로, 석유화학 에폭시(에피클로로하이드린) 가교반응이 이루어져 결합력이 강하게 진행되어, 체인의 움직임을 억제하는 효과로 사료된다^[24].

그림 3.7에서는 그림 3.6의 경우와 같은 샘플의 주파수 변화 범위 (1Hz∼1MHz)에서 유전손실 특성 결과를 나타내었다.

주파수가 저주파인 1Hz에서 고주파 1MHz로 증가함에 따라 DGEBA/ESBO 혼합 Composites 경우, ESBO_10, 20, 30phr 증가에 따라 유전손실은 저주파영역에서 급하게 증가하였고, 이후∼1kHz까지는 다소 감소하였으며 그 이후 주파수 증가에따라 즉, 고주파 영역으로 갈수록 유전손실이 증가되는 결과이다. 그러나 ESBO_40phr에서 ESBO_90phr까지 증가되는 즉, DGEBA_ 60phr에서 DGEBA_10phr로 감소되는 Composites 혼합 함량비의 경우 주파수 1Hz에서 1MHz까지증가할 때, 주파수 1Hz에서 10kHz까지는 주파수 증가에 따라 유전손실은 감소하였다. 그리고 이후 20kHz에서 1MHz까지는 유전손실이 약간의 상승 및 변화가 없는 결과이다.

전반적으로 ESBO 함량 증가에따라 유전손실은 증가하였고, 저주파영역에서는 감소하였고 반면 고주파영역으로 갈수록 약간 증가의 결과이다.

주파수 변화에 따라 유전 손실의 증감이 변화되는 변환점 ESBO_10, 20, 30phr의 경우 주파수는 약 저주파영역 10Hz 부근에서 변환됨을 알 수 있었고, 40hr∼90phr까지는 변환점 주파수가 높아진 1kHz∼10kHz범위에서 변화가 발생되었다.

즉, 주파수와 유전손실과의 관계는 반비례의 결과이다. 또한, 전기전도도는 ESBO 함량이 증가할수록 전기전도도는 증가하였고, 반면 주파수가 낮을수록 전기전도도는 감소하였다. 역으로 주파수가 증가할수록 증가하였다. 이처럼 ESBO 함량증가는 전기전도도 증가와 함께 유전손실 증가를 가져온 것이다.

ESBO 함량 증가에 따른 유전손실 증가와 주파수 증가에 따른 유전손실 감소의 이유는 다음과 같이 설명할 수 있다.

가교점이 많고 가까우면 계면의 결합력 즉, 가교밀도의 증가를 가져오게 된다. 이는 쌍극자 배향을 억제하는 것으로 볼 수가 있다. 반대로 ESBO 증가는 가교점이 멀고, 가교밀도가 약함으로서 분자운동을 제약하기 어려워진다. 전도도는 케리어 전송과 연관이 있다. 즉, 전하 케리어가 전계 하에서 전송 되어진다면 에너지는 주울열로 소비될 것이다. 이런 경우 유전손실 ($\epsilon_{r}''$)은

로서, $\epsilon_{0}$는 진공중의 유전율, $f$는 인가전압의 주파수를 의미한다. 저주파에서 급속하게 유전손실($\epsilon_{r}''$)이 증가하는 부분 (-)

그림 11. DGEBA/ESBO 함량비변화에따른 전기전도도 특성

Fig. 11. Electrical conductivity characteristics according to changes in DGEBA/ESBO content ratio

기울기를 나타낸 경우로서 이는 전기전도에 기인한 것으로 사료된다. 더욱이, 전하 교환은 전극에서 일어나지 않을 때, 이종의 공간전하가 그들 표면근처에 누적되게 된다. 순차적으로 유전율($\epsilon_{r}''$)을 증가시키는 전극에 전하밀도를 증가시키는 결과를 가져오게 된다 ^[25-26]. 대항전극을 향하는 이온성 케리어의 이동이 에폭시 수지 전기전도의 주요 원인이다.

그림 3.8에서는 앞서 기술한 유전율과 유전손실 특성을 갖는 같은 샘플의 주파수 변화에따른 전기전도도의 결과를 나타내었다.

유전특성에서 전기전도도는 ESBO 함량 증가에 따라 증가하였고, 주파수 1Hz∼1MHz에서 주파수 증가에 따라 고주파 영역으로 갈수록 전기전도도가 증가하였고, 역으로 주파수 감소에 따라 전기전도도가 감소함을 의미한 것이다.

그림 12. DGEBA/ESBO/M10_65wt% Mixture 함량비 변화에 따른 유전율 특성

Fig. 12. Dielectric constant characteristics according to change in DGEBA/ESBO/M10 _65wt% Mixture content ratio

ESBO 함량 증가에 따라 전기전도도 증가는 ESBO 경화반응에서 미반응된 잔류물이 케리어로 작용하여 전기전도도의 증가를 가져오고, 그로 인하여 유전율과 유전손실의 증가를 가져오는 것으로 사료된다.

(2) DGEBA/ESBO/Micro Silica_M10_65wt% Mixture Composites의 Dielectric Properties

그림 3.9에서는 DGEBA함량(phr): ESBO함량(phr)/Micro Silica M10_65wt% Mixture Composites의 당량비에 따른 혼합비 (100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 30:70, 20:80, 10phr: 90phr)/M10_65wt% Composites 10종류의 샘플을 제조하였다.

10종류 샘플의 주파수 변화(1Hz에서 1MHz까지)에따른 유전율의 특성을 나타내었고 다음과 같은 결과를 얻게 되었다.

첫째, DGEBA(phr):ESBO(phr)/M10_65wt% Mixture 함량비 10종류 Composites의 유전율은 주파수 증가에따라 감소하였다. DGEBA/Micro M10_65wt% Composites의 경우 DGEBA원형의 유전율은 3.80이었고 충진한 경우 유전율은 4.26의 결과를 얻었다.

둘째, DGEBA/ESBO/M10_65wt% Mixture Composites의 ESBO함량이 작은 10, 20, 30phr에서는 약간의 차이는 있지만 유전율의 크기가 대체로 증가하는 경향으로 사료된다. ESBO 함량이 40, 50, 60, 70, 80, 90phr으로 증가할수록 대체로 증가 되는 결과이다.

유전율이 증가하는 원인으로 M10_65wt%가 충진된 ESBO_ 60phr 이상에서는 지방족 사슬이 많이 늘어나서 유동성이 증가되어, 가교밀도가 현격하게 낮아진 결과이다. M10_65wt% 마이크로 실리카의 충진으로 표면 수산기와 수소결합이 미약한 결과로 체인의 이동을 억제할 수단이 없어져 유전율이 증가된 것으로 사료된다.

그림 13. DGEBA/ESBO/M10_65wt% Mixture 함량비 변화에 따른 유전손실 (tanδ)특성

Fig. 13. Dielectric loss (tanδ) characteristics according to change in DGEBA/ESBO /M10_65wt% Mixture content ratio

Microsilica M10_65wt% 무충진의 경우 DGEBA_90,80,70phr/ ESBO_10, 20, 30phr범위 함량비로 혼합한 경우 낮은 유전율을 나타내었다. 같은 혼합 조건에서 M10_65wt%가 충진된 Composites의 유전율은 충진되지 않은 Composites에 비하여 유전율이 높게 나타났다.

이유는 다음과 같다.

무기물이 충진된 경우 계면에 의한 영향으로 유전율이 높게 나타난 경우이고, 무기물이 충진되지 않은 경우 무기물 계면의 효과와 무기물에 혼입된 불순물 또는 혼입된 전하들이 유전율에 영향을 주는 것으로 사료된다.

그림 3.10에서는 그림 3.9에서 DGEBA:ESBO 함량비/M10_ 65wt% Mixture Composites와같은 샘플 10종류의 주파수 변화(1Hz에서 1MHz)까지 측정한 유전손실의 결과를 나타내었다.

첫째, 주파수 증가(1Hz-->1MHz)에 따른 10종류 마이크로 콤포지트의 유전손실은 감소되었다.

둘째, ESBO함량비에따른 유전손실은 저주파영역에서는 ESBO 함량비가 클수록 유전손실은 증가하였고 그리고 고주파영역에서도 ESBO 함량비가 클수록 유전손실이 큰 결과이다. 그러나 유전손실 크기의 정도는 저주파에서 크고 고주파에서 작은 결과이다.

복소 유전율은 실수부($\epsilon_{r}^{'}$)와 허수부($\epsilon_{r}^{''}$) 로서 관계된다.

로 표현할 수 있다.

Roman Kochetov^[27], 석유화학 DGEBA 보다 DGEBA/Micro Silica_65wt% 충진된 Micro Composites가 저주파에서 유전손실이 낮은 이유는 계면분극의 원인이며, 반면 고주파에서 쌍극자의 영향인 것으로 사료된다.

계면분극은 Micro Silica_65wt% 충진필러와 DGEBA/ESBO 혼합 함량비에 따른 표면 결합력과 관계되어지고, 쌍극자 분극은 벌크타입에서 고분자의 거동에 따른 정보를 제공하는 것이다.

고주파에서 ESBO 함량이 적은 경우 유전손실이 낮은 이유가 ESBO 함량이 많게 되면, 고분자체인의 거동이 크게 되어, 유전손실이 큰 결과를 가져오고 ESBO 함량이 적게 혼합되면, 가교밀도가 크기 때문에 체인의 이동도가 낮게 되어 저유전손실의 결과를 가져온다. 또한 Micro Silica_65wt%의 함량이 충진시, 지방족 체인의 경우 에폭시 수지의 H와 실리카표면의 OH가 수소결합을 통하여 체인의 이동도를 제한하는 역할에 도움을 주기 때문에 유전손실이 낮게 되는 이유이다^[28].

Yu Chen 등 여러 연구자들은 저주파보다 고주파에서 유전율이 감소하는 이유에 대해 쌍극자들은 인가 전계의 주파수가 너무 빠르면 반응이 따라가지 못한 결과로 쌍극자 분극이 감소하여 유전율이 감소하는 원인이 되며, 유전손실은 충진함량 증가에 따라 유전손실이 작아지는 결과를 가져온다고 보고하였다^[29].

그림 14. DGEBA/ESBO/M10_65wt% Mixture 함량비 변화에따른 전기전도도 특성

Fig. 14. Electrical conductivity characteristics according to change in DGEBA/ESBO /M10_65wt% Mixture content ratio

주파수 증가 및 ESBO 함량이 증가할수록 전기 전도도는 증가하였다. ESBO 함량의 증가는 지방족 체인의 증가로 가교점이 멀어지고 가교밀도가 감소하게 된다. 또한 ESBO 증가는 미경화로 인한 잔류량이 증가되어 케리어의 증가를 가져오게 된다. 그런 이유로 전기전도도가 ESBO 함량 증가에 따라 증가되는 것으로 사료된다.