Nylon6의 중합과정에 있어서 chain-initiator의 기능과 효과 및 nylon6의 마찰특성의 향상에 관한 연구 The study on the function and effect of chain-initiator in polymerization and improvement of frictional property of nylon6원문보기
나일론6는 엔지니어링 플라스틱으로서의 우수한 기계적 물성을 갖추고 있을 뿐만 아니라 그 제조 공정이 간단하여 많은 사람들에 의해 지속적인 연구가 이루어지고 있는 금속대체용 플라스틱 소재이다. 나일론6는 단량체인 ε- caprolactam(dlgk CL)의 음이온 중합법에 의해 한성이 이루어지고 실제 제조는 monomer casting이라 불리는 주조법에 의해 생산되는 절삭가공용 엔지니어링 플라스틱이다. 본 연구는 나일론6의지 말지 마찰 마모 특성을 개선함으로서 나일론6가 슬라이드베어링, 기어와 같은 부품으로 사용되었을 경우 지속적인 마찰에 노출될 때 발생 가능한 수명의 단축, 기능의 저하와 같은 단점을 개선하고자 한다. 이를 위하여 나일론6에 ...
나일론6는 엔지니어링 플라스틱으로서의 우수한 기계적 물성을 갖추고 있을 뿐만 아니라 그 제조 공정이 간단하여 많은 사람들에 의해 지속적인 연구가 이루어지고 있는 금속대체용 플라스틱 소재이다. 나일론6는 단량체인 ε- caprolactam(dlgk CL)의 음이온 중합법에 의해 한성이 이루어지고 실제 제조는 monomer casting이라 불리는 주조법에 의해 생산되는 절삭가공용 엔지니어링 플라스틱이다. 본 연구는 나일론6의지 말지 마찰 마모 특성을 개선함으로서 나일론6가 슬라이드베어링, 기어와 같은 부품으로 사용되었을 경우 지속적인 마찰에 노출될 때 발생 가능한 수명의 단축, 기능의 저하와 같은 단점을 개선하고자 한다. 이를 위하여 나일론6에 윤활제를 첨가하여 마찰 마모 특성을 개선하고자 한다. 그러나 나일론6의 열적 특성과 절삭가공용 소재임을 고려할 때 윤활제의 첨가는 중합단계에서부터 이루어져야한다. 종합과정에 윤활제를 첨가하게 되면 윤활제의 첨가로 인한 중합반응에의 영향을 고려하여야 하기 때문에 윤활제 함침 나일본6의 합성에 앞서 나일론6의 중합특성에 대한 이해가 필요하다. 이를 위하여 나일론6의 중합에 있어 매우 중요한 두 가지 요소, 즉 촉매와 개시제의 함량에 따른 나일론6의 중합양상에 관한 연구를 선행하였다. 이 연구를 바탕으로 윤활제 함침 나일론6의 합성과정에서 유활제의 존재가 중합반응에 미치는 영향을 파악하였고 윤활제 첨가로 인한 기계적 물성의 변화와 마찰 마모 특성의 변화를 관찰하였다. 먼저 나이일론6의 중합에 있어서 촉매와 개시제의 비율이 중합속도 및 분자량, 반응전환율에 미치는 영향을 파악하기 위하여 개시제 함량을 고정하고 촉매함량을 변화시키면서 CL의 음이온 중합을 진행하였다. 그 결과 중합속도는 촉매/개시제 비율의 증가와 더불어 증가하였고 분자량은 촉매/개시제 비율이 증가할수록 감소하였다. 그러나 촉매/개시제 비율이 0.5시하로 촉매농도가 낮은 조건에서는 중합속도가 매우 늦고, 분자량과 반응전 환율도 매우 낮게 나타났다. 이 결과는 개시제 또는 성장중인 사슬은 촉매의 공격에 의해서만 개시와 성장이 진행되는 CL의 음이온 중합상의 특징 때문이다. 즉 촉매농도가 높을수록 촉매가 성장의 중심인 개시제에 접근할 확률이 높아지기 때문에 촉매/게시제 비율이 증가할수록 개시제의 효율이 증가하여 중합속도는 증가한다. 그러나 게시제 효율이 높으면 생성되는 사슬의 숫자가 증가하기 때문에 분자량은 낮아지게 된다. 촉매/개시제 비율이 0.5 이하인 경우는 촉매와 개시제의 접촉빈도가 낮기 때문에 중하속도가 늦다. 따라서 물과 같은 외부요인에 의한 사슬성장이 종결이 증가하므로 저분자사슬이 증가하여 분자량은 낮아진다. 또한 낮은 촉매농도에서는 중합반응이 원활하게 진행되지 못하기 때문에 상당량의 단량체가 미반응 상태에서 중합이 정지되어 반응전환율도 낮아지는 것으로 나타났다. 이상의 연구의 선행함으로 나일론6의 중합특성을 파악하였고, 이후 윤활제가 함침된 나일론6의 마찰 마모 특성의 개질에 관한 연구를 진행하였다. 이을 위하여 윤활제를 단량체에 첨가하여 나일론6을 합성함으로서 윤활제를 함유하는 나일론6을 합성할 수 있었다. 생성된 나일론6의 중합양상과 반응전환율을 조사함으로서 윤활제의 존재가 중합반응에 미치는 영향을 관찰하였고, 나일론6 고유의 기계적 물성의 변화와 윤활제의 함유에 의한 마찰 마모 특성의 개선여부를 관찰하였다. 여러 가지 윤활제 중에서 미네랄오일과 파라핀왁스를 단량제에 첨가하여 중합한 결과 윤활제 함침 나일론6을 합성할 수 있었고, 생성된 중합물의 외형과 반응전환율을 고려할 때 윤활제의 존재로 인단 중합반응의 영향은 없는 것으로 판단되었다. 첨가된 윤활제는 중합된 나일론6 내부에 입자 형태로 함유되는데, 그 함량이 증가할수록 분산된 윤활제의 입경이 이 증가하였다. 윤활제 함침으로 인해 나일론6의 마찰계수는 감소하는데 마찰계수의 감소효과는 미네랄오일 보다는 파라핀 왁스에서 더욱 우수하고 안정적인 것으로 나타난다. 그것의 파라핀왁스가 높의 점성을 가짐으로 마찰 중에도 윤활제의 유실이 없이 윤활막를 유지할 수 있기 때문에 윤활효과가 더욱 우수한 것으로 사료된다. 윤활제가 함침된 나일론6의 충격강도는 증가하는데 충격강도는 증가하는데 충격강도는 윤활제 종류와 상관없이 윤활제가 4phr함유되었을 때 가장 우수한 것으로 나타났다. 반면에 윤활제의 함침으로 인하여 나일론6의 경도와 인장강도는 다소 감소하는 것으로 나다났다. 그러나 엔지니어링 플라스틱으로서의 기본적인 물성을 만족하는 수준이다. 이상의 결과를 보면 주한과정에 윤활제를 첨가하여도 나일론의 중합반응에는 문제가 발생하지 않으며 윤활제 첨가로 인해 나일론6의 인장강도와 경도는 감소하고, 충격강도는 증가한다. 윤활제의 첨가로 인하여 나일론6의 마찰계수는 감소하고 마찰계수의 감소효과는 오일보다는 왁스를 첨가한 경우 더욱 우수하였다. 따라서 기계적 물성과 마찰계수 감소효과를 고려할 때 기계적 물성의 감소를 최소화하면서 마찰계수 감소효과가 가장 우수한 재료는 파라핀왁스가 4phr 함유된 나일론6이다.
나일론6는 엔지니어링 플라스틱으로서의 우수한 기계적 물성을 갖추고 있을 뿐만 아니라 그 제조 공정이 간단하여 많은 사람들에 의해 지속적인 연구가 이루어지고 있는 금속대체용 플라스틱 소재이다. 나일론6는 단량체인 ε- caprolactam(dlgk CL)의 음이온 중합법에 의해 한성이 이루어지고 실제 제조는 monomer casting이라 불리는 주조법에 의해 생산되는 절삭가공용 엔지니어링 플라스틱이다. 본 연구는 나일론6의지 말지 마찰 마모 특성을 개선함으로서 나일론6가 슬라이드베어링, 기어와 같은 부품으로 사용되었을 경우 지속적인 마찰에 노출될 때 발생 가능한 수명의 단축, 기능의 저하와 같은 단점을 개선하고자 한다. 이를 위하여 나일론6에 윤활제를 첨가하여 마찰 마모 특성을 개선하고자 한다. 그러나 나일론6의 열적 특성과 절삭가공용 소재임을 고려할 때 윤활제의 첨가는 중합단계에서부터 이루어져야한다. 종합과정에 윤활제를 첨가하게 되면 윤활제의 첨가로 인한 중합반응에의 영향을 고려하여야 하기 때문에 윤활제 함침 나일본6의 합성에 앞서 나일론6의 중합특성에 대한 이해가 필요하다. 이를 위하여 나일론6의 중합에 있어 매우 중요한 두 가지 요소, 즉 촉매와 개시제의 함량에 따른 나일론6의 중합양상에 관한 연구를 선행하였다. 이 연구를 바탕으로 윤활제 함침 나일론6의 합성과정에서 유활제의 존재가 중합반응에 미치는 영향을 파악하였고 윤활제 첨가로 인한 기계적 물성의 변화와 마찰 마모 특성의 변화를 관찰하였다. 먼저 나이일론6의 중합에 있어서 촉매와 개시제의 비율이 중합속도 및 분자량, 반응전환율에 미치는 영향을 파악하기 위하여 개시제 함량을 고정하고 촉매함량을 변화시키면서 CL의 음이온 중합을 진행하였다. 그 결과 중합속도는 촉매/개시제 비율의 증가와 더불어 증가하였고 분자량은 촉매/개시제 비율이 증가할수록 감소하였다. 그러나 촉매/개시제 비율이 0.5시하로 촉매농도가 낮은 조건에서는 중합속도가 매우 늦고, 분자량과 반응전 환율도 매우 낮게 나타났다. 이 결과는 개시제 또는 성장중인 사슬은 촉매의 공격에 의해서만 개시와 성장이 진행되는 CL의 음이온 중합상의 특징 때문이다. 즉 촉매농도가 높을수록 촉매가 성장의 중심인 개시제에 접근할 확률이 높아지기 때문에 촉매/게시제 비율이 증가할수록 개시제의 효율이 증가하여 중합속도는 증가한다. 그러나 게시제 효율이 높으면 생성되는 사슬의 숫자가 증가하기 때문에 분자량은 낮아지게 된다. 촉매/개시제 비율이 0.5 이하인 경우는 촉매와 개시제의 접촉빈도가 낮기 때문에 중하속도가 늦다. 따라서 물과 같은 외부요인에 의한 사슬성장이 종결이 증가하므로 저분자사슬이 증가하여 분자량은 낮아진다. 또한 낮은 촉매농도에서는 중합반응이 원활하게 진행되지 못하기 때문에 상당량의 단량체가 미반응 상태에서 중합이 정지되어 반응전환율도 낮아지는 것으로 나타났다. 이상의 연구의 선행함으로 나일론6의 중합특성을 파악하였고, 이후 윤활제가 함침된 나일론6의 마찰 마모 특성의 개질에 관한 연구를 진행하였다. 이을 위하여 윤활제를 단량체에 첨가하여 나일론6을 합성함으로서 윤활제를 함유하는 나일론6을 합성할 수 있었다. 생성된 나일론6의 중합양상과 반응전환율을 조사함으로서 윤활제의 존재가 중합반응에 미치는 영향을 관찰하였고, 나일론6 고유의 기계적 물성의 변화와 윤활제의 함유에 의한 마찰 마모 특성의 개선여부를 관찰하였다. 여러 가지 윤활제 중에서 미네랄오일과 파라핀왁스를 단량제에 첨가하여 중합한 결과 윤활제 함침 나일론6을 합성할 수 있었고, 생성된 중합물의 외형과 반응전환율을 고려할 때 윤활제의 존재로 인단 중합반응의 영향은 없는 것으로 판단되었다. 첨가된 윤활제는 중합된 나일론6 내부에 입자 형태로 함유되는데, 그 함량이 증가할수록 분산된 윤활제의 입경이 이 증가하였다. 윤활제 함침으로 인해 나일론6의 마찰계수는 감소하는데 마찰계수의 감소효과는 미네랄오일 보다는 파라핀 왁스에서 더욱 우수하고 안정적인 것으로 나타난다. 그것의 파라핀왁스가 높의 점성을 가짐으로 마찰 중에도 윤활제의 유실이 없이 윤활막를 유지할 수 있기 때문에 윤활효과가 더욱 우수한 것으로 사료된다. 윤활제가 함침된 나일론6의 충격강도는 증가하는데 충격강도는 증가하는데 충격강도는 윤활제 종류와 상관없이 윤활제가 4phr함유되었을 때 가장 우수한 것으로 나타났다. 반면에 윤활제의 함침으로 인하여 나일론6의 경도와 인장강도는 다소 감소하는 것으로 나다났다. 그러나 엔지니어링 플라스틱으로서의 기본적인 물성을 만족하는 수준이다. 이상의 결과를 보면 주한과정에 윤활제를 첨가하여도 나일론의 중합반응에는 문제가 발생하지 않으며 윤활제 첨가로 인해 나일론6의 인장강도와 경도는 감소하고, 충격강도는 증가한다. 윤활제의 첨가로 인하여 나일론6의 마찰계수는 감소하고 마찰계수의 감소효과는 오일보다는 왁스를 첨가한 경우 더욱 우수하였다. 따라서 기계적 물성과 마찰계수 감소효과를 고려할 때 기계적 물성의 감소를 최소화하면서 마찰계수 감소효과가 가장 우수한 재료는 파라핀왁스가 4phr 함유된 나일론6이다.
nylon6, as a metal alternative, is a interesting material because of excellent mechanical property and ease of synthesizing. Nylon6 is synthesized by anionic polymerization and produced by monomer casting in industrial process. The aim of this study is to improve the frictional property of nylon6 by...
nylon6, as a metal alternative, is a interesting material because of excellent mechanical property and ease of synthesizing. Nylon6 is synthesized by anionic polymerization and produced by monomer casting in industrial process. The aim of this study is to improve the frictional property of nylon6 by adding lubricant in order to prevent the problems caused by being exposed to friction. Because of thermal property and the characteristics of monomer casting process, lubricant must be added during polymerization. Because polymerization process can be affected by lubricant, the understanding about the characteristics of polymerization of nylon6 is necessary to figure out the effect of lubricant on the polymerization of nylon6. In order to understand the characteristics of the polymerization of nylon6, the polymerization rate, molecular weight and conversion were investigated in accordance with content of catalyst and chain-initiator. Nylon6 wax synthesized by anionic polymerization under the fixed content of chain-initiator while varying the catalyst content. As the catalyst content increased, the efficiency of the chain-initiator increased. As catalyst/chain-initiator ratio increased, polymerization rate increased while molecular weight decreased. when the catalyst/chain-initiator ratio is less than 0.5, molecular weight significantly decreased due to the termination, which occurred by the reaction between the active site of growing chain and water. Based on the result described above, the effect of lubricant on the polymerization as well as on the mechanical and frictional properties of lubricant-impregnated nylons were investigated. Lubricant did not give any influence on the polymerization process, and lubricant existed in the shape of droplet in the nylon6 matrix. As lubricant content increased, its diameter increased. The frictional property was founded be improved y adding lubricant. as lubricant content increased and the frictional coefficient decreased. Lubrication effect was higher when adding paraffin wax than mineral oil. Because paraffin wax has higher viscosity than mineral oil, paraffin wax could maintain lubricant layer during friction without loss of lubricant, but mineral oil could not. Notched impact strength was improved by the addition of lubricant, on the other hand, hardness and tensile strength were slightly decreased. Impact strength was highest at lubricant content with 4phr regardless of lubricant type. As a conclusion, nylon6 with paraffin wax content of 4 phr showed the best friction properties while minimizing the reduce of mechanical property.
nylon6, as a metal alternative, is a interesting material because of excellent mechanical property and ease of synthesizing. Nylon6 is synthesized by anionic polymerization and produced by monomer casting in industrial process. The aim of this study is to improve the frictional property of nylon6 by adding lubricant in order to prevent the problems caused by being exposed to friction. Because of thermal property and the characteristics of monomer casting process, lubricant must be added during polymerization. Because polymerization process can be affected by lubricant, the understanding about the characteristics of polymerization of nylon6 is necessary to figure out the effect of lubricant on the polymerization of nylon6. In order to understand the characteristics of the polymerization of nylon6, the polymerization rate, molecular weight and conversion were investigated in accordance with content of catalyst and chain-initiator. Nylon6 wax synthesized by anionic polymerization under the fixed content of chain-initiator while varying the catalyst content. As the catalyst content increased, the efficiency of the chain-initiator increased. As catalyst/chain-initiator ratio increased, polymerization rate increased while molecular weight decreased. when the catalyst/chain-initiator ratio is less than 0.5, molecular weight significantly decreased due to the termination, which occurred by the reaction between the active site of growing chain and water. Based on the result described above, the effect of lubricant on the polymerization as well as on the mechanical and frictional properties of lubricant-impregnated nylons were investigated. Lubricant did not give any influence on the polymerization process, and lubricant existed in the shape of droplet in the nylon6 matrix. As lubricant content increased, its diameter increased. The frictional property was founded be improved y adding lubricant. as lubricant content increased and the frictional coefficient decreased. Lubrication effect was higher when adding paraffin wax than mineral oil. Because paraffin wax has higher viscosity than mineral oil, paraffin wax could maintain lubricant layer during friction without loss of lubricant, but mineral oil could not. Notched impact strength was improved by the addition of lubricant, on the other hand, hardness and tensile strength were slightly decreased. Impact strength was highest at lubricant content with 4phr regardless of lubricant type. As a conclusion, nylon6 with paraffin wax content of 4 phr showed the best friction properties while minimizing the reduce of mechanical property.
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