[논문]초미세 발포 플라스틱의 유리전이온도를 변화시키는 가스 용해량의 영향

황윤동; 차성운

doi:10.22634/ksme-a.2001.25.5.816

문제 정의

본 논문에서는 초미세 발포 플라스틱 제품을 얻을 수 있는 일괄처리 공정에서 가스의 용해량에 따른 고분자 재료의 유리전이온도가 어떻게 변화하는지를 살펴보고자 한다. 1980년 Chow는 희석액을 포함하는 고분자 재료의 유리전이온도변화를 실험적으로 모델링하였다.
대한 검증이 부족한 편이었다. 따라서 본 논문에서는 ABS 수지와 PS 수지를 사용하여 보다 다양하게 실험결과를 얻고자 하였다. 아울러 이산화탄소 가스 외에 아르곤, 헬륨, 질소 가스를 용해시켜 가면서 유리전이온도 변화를 실험 및 평가한 다음 모델식을 실험적으로 검증하였다.
(9) 본 논문에서는 가스 용해량의 증가에 따른 고분자 재료의 유리전이온도 변화를 측정하고자 하였다. 또한 그 결과를 바탕으로 초미세 발포 공법을 적용한 열성형 공정에 있어서 새롭게 고안된 Cha-Yoon 모델식의 활용 가능성 여부를 검토해 보고자 한다.
⁽⁹⁾ 본 논문에서는 가스 용해량의 증가에 따른 고분자 재료의 유리전이온도 변화를 측정하고자 하였다. 또한 그 결과를 바탕으로 초미세 발포 공법을 적용한 열성형 공정에 있어서 새롭게 고안된 Cha-Yoon 모델식의 활용 가능성 여부를 검토해 보고자 한다.
본 연구에서는 초미세 발포 플라스틱 제품을 얻을 수 있는 일괄처리 공정에서 가스의 용해량에 따른 고분자 재료의 유리전이온도가 어떻게 변화하는지를 실험을 통해 살펴보았으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

제안 방법

따라서 본 논문에서는 ABS 수지와 PS 수지를 사용하여 보다 다양하게 실험결과를 얻고자 하였다. 아울러 이산화탄소 가스 외에 아르곤, 헬륨, 질소 가스를 용해시켜 가면서 유리전이온도 변화를 실험 및 평가한 다음 모델식을 실험적으로 검증하였다.
보통 유리전이온도 이하에서는 하중이 가해졌을 때 수지가 딱딱하고 유리같이 깨지기 쉬운 상태를 하고 있지만 유리전이온도 이상에서는 수지가, 더 연성이 되고 고무같이 질긴 상태로 된다. 유리전이온도의 범위를 전후해서 고분자 재료의 탄성계수가 급격하게 변화하기 때문에 이러한 현상을 이용하여 유리전이온도 측정 방법 중의 하나인 DMA (Dynamic Mechanical Analysis) 측정 원리를 적용한 새로운 측정 장치를 고안하였다. Fig.
측정 장치의 개략도에서 살펴보는 바와 같이 고온, 고압 환경 하에서 유리전이온도의 변화를 측정할 수 있도록 스테인레스강을 사용하여 고압력용기를 제작하였다. 그리고 고압력용기 내부에서의 변화를 관찰할 수 없기 때문에 용기 내외 자석의 변화를 외부에서 측정하는 방법을 사용하였다.
제작하였다. 그리고 고압력용기 내부에서의 변화를 관찰할 수 없기 때문에 용기 내외 자석의 변화를 외부에서 측정하는 방법을 사용하였다. 가운데에 놓여 있는 고압력용기 내부에 설치되어 있는 양단의 지지대 위에 시편을 올려놓는다.
초미세 발포 플라스틱 재료에 있어서 유리전이온도의 변화를 일으키는 가스 용해량의 영향을 파악하기 위한 실험 장치를 Fig. 1에서 나타낸 것과 같이 구성하였다. 온도가 유리전이온도 범위까지 올라가게 되면 고분자 재료의 탄성계수는 급격한 감소를 보이게 된다.
온도가 유리전이온도 범위까지 올라가게 되면 고분자 재료의 탄성계수는 급격한 감소를 보이게 된다. 가스통으로부터 두 개의 압력용기 내부로 동일 압력의 가스를 주입한 다음 가압 시간에 따른 무게 증가율을 측정하였다. 일괄 처리 공정에서 플라스틱 재료 내부로 흡수되는 가스의 용해량은 초미세 발포 공정 전과 후에 얻은 시편의 무게 증가율을 측정함으로써 구할 수 있다.
초미세 발포 플라스틱을 얻을 수 있는 일괄 처리 공정을 구성하여 실험하였으며, 가압 시간 동안 고분자 재료 내부로 용해된 가스의 양을 무게 증가율로 나타내었다. 먼저 이산화탄소가 ABS 수지와 PS 수지의 유리전이온도 변화에 어떠한 영향을 끼치는가를 알아보기 위해 가압 시간에 대한 무게 증가율을 측정하여 Fig.
Fig. 4와 Fig. 5에서 각각 보는 바와 같이 이산화탄소 가스로 포화된 ABS 수지와 PS 수지의 가스 용해 량에 따른 유리전이온도의 변화를 기존의 초미세 발포 연구팀에 의해 사용되었던 Chow 모델과 새로 만들어진 Cha-Yoon 모델과 비교하였다. ABS 수지의 경우에는 α=0.
이산화탄소 외에 다른 가스 용해량에 대한 고분자 재료의 유리전이온도 변화의 효과를 확인해보기 위하여 아르곤, 헬륨, 질소 가스를 사용해서 실험을 하였다. 이산화탄소를 6.

대상 데이터

본 연구에서는 고분자 재료로서 고품위 표면을 요구하는 곳에 이용되는 고광택 수지인 ABS수지(Acrylonitrile - Butadiene - Styrene Copolymer)와 PS수지(Polystyrene)를 사용하였다. 그리고 가스로는 이산화탄소, 아르곤, 헬륨, 질소를 사용하였다.
사용하였다. 그리고 가스로는 이산화탄소, 아르곤, 헬륨, 질소를 사용하였다. 고압력용기 내부에 들어가는 시편은 두께 1 mm 인 판을 56 mm × 10 mm 크기로 자른 것을 사용하였다.
그리고 가스로는 이산화탄소, 아르곤, 헬륨, 질소를 사용하였다. 고압력용기 내부에 들어가는 시편은 두께 1 mm 인 판을 56 mm × 10 mm 크기로 자른 것을 사용하였다. 해석을 위한 고분자 재료의 재료 특성을 Table 1에 나타내었다.

이론/모형

유리전이온도의 변화를 예측할 수 있는 Chow 모델식과 Cha-Yoon 모델식을 비교 평가하기 위하여 실험에 의해 측정된 결과 값을 각 모델식에 적용하였다. 이러한 방식으로 실제 실험 결과와 비교한 것을 Fig.

성능/효과

유리전이온도는 감소한다. 본 논문에서 실험한 배치 초미세 발포 공정에서 Foam이 형성된 후에는 수지의 유리전이온도가 같지만, Foam이 진행되는 동안에는 주입되는 가스의 용해량에 따라서 수지의 유리전이온도는 크게 달라진다.
실험 결과 가스의 가압 시간이 증가할수록 고분자 재료의 무게 증가율은 비례적으로 증가하였다. Fig.
2에서 보는 바와 같이 같은 시간대에서 ABS 수지가 PS 수지보다 더 높은 무게 증가율을 갖는다는 것을 알 수 있다. 시편의 무게를 측정하기 위하여 고압력용기로부터 포화된 시편을 취출하였을 때, 체적의 변화는 크게 나타나지 않았으며, 측면 방향으로 약간 휘어지는 형상의 변화가 일어났다.
3에 나타내었다. 가스의 용해량이 증가할수록 고분자 재료의 유리전이온도는 반비례적으로 낮아지는 결과를 얻을 수 있었다. ABS 수지는 8.
5에서 각각 보는 바와 같이 이산화탄소 가스로 포화된 ABS 수지와 PS 수지의 가스 용해 량에 따른 유리전이온도의 변화를 기존의 초미세 발포 연구팀에 의해 사용되었던 Chow 모델과 새로 만들어진 Cha-Yoon 모델과 비교하였다. ABS 수지의 경우에는 α=0.8, PS 수지의 경우에는 α=0.7일 때 측정된 결과가 Cha-Yoon 모델식을 상당히 만족시킨다는 것을 알 수 있었다.
Fig. 6에서 살펴볼 수 있듯이 세 가지 가스 모두 가스의 가압 시간이 증가함에 따라 고분자 재료 내부로 용해된 가스량이 증가해서 시편의 무게 증가율이 증가하는 결과를 얻을 수 있었다. 아르곤, 헬륨, 질소의 순으로 가압 시간에 대한 무게 증가율이 높다는 것을 알 수 있었다.
6에서 살펴볼 수 있듯이 세 가지 가스 모두 가스의 가압 시간이 증가함에 따라 고분자 재료 내부로 용해된 가스량이 증가해서 시편의 무게 증가율이 증가하는 결과를 얻을 수 있었다. 아르곤, 헬륨, 질소의 순으로 가압 시간에 대한 무게 증가율이 높다는 것을 알 수 있었다.
(1) 실험 결과에서도 보는 바와 같이 가스의 용해량이 많으면 많을수록 초미세 발포 플라스틱의 유리전이온도는 반비례적으로 낮아졌다. 본 논문에서 실험한 배치 초미세 발포 공정에서 Foam이 형성된 후에는 수지의 유리전이온도가 같지만, Foam이 진행되는 동안에는 주입되는 가스의 용해량에 따라서 수지의 유리전이온도는 크게 달라진다.
(3) 가스의 용해량에 따른 유리전이온도 변화를 측정하였으며, 특히 Fig. 3과 Fig. 7을 비교해 볼 때, 이산화탄소의 경우 유리전이온도가 70℃ 정도로 낮아지기 위해서는 가스의 용해량 즉, 시편의 무게 증가율이 약 4% 정도 되어야 하는 것에 반해 아르곤, 헬륨, 질소의 경우에는 0.6~0.9% 정도의 무게 중가율만 되어도 비슷한 효과를 거둘 수 있었다.
(4) 초미세 발포 공법을 적용한 열성형 공정에 있어서 새롭게 고안된 Cha-Yoon 모델식의 활용 가능성 여부를 평가해본 결과 기존의 Chow 모델식보다 훨씬 예측의 정확도가 높다는 것을 알 수 있었다. 이렇게 검증된 모델식을 바탕으로 기존의 열성형 공정에 일괄 처리 공정을 적용한다면 훨씬 개선된 가공 성능을 얻을 수 있다.
(2) 가스의 가압 시간에 대한 고분자 재료의 무게 증가율을 살펴볼 때, 이산화탄소는 아르곤, 헬륨, 질소보다 고분자 재료 내부로의 가스 용해량이 훨씬 많기 때문에 가스의 용해 속도가 더욱 크다는 것을 알 수 있었다. 이것은 이산화탄소가 아르곤, 헬륨, 질소보다 고분자 재료와의 친화성이 훨씬 좋기 때문이라고 말할 수 있다.

후속연구

이렇게 검증된 모델식을 바탕으로 기존의 열성형 공정에 일괄 처리 공정을 적용한다면 훨씬 개선된 가공 성능을 얻을 수 있다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 초미세 발포 플라스틱의 유리전이온도를 변화시키는 가스 용해량의 영향
The Effect of Gas Absorption Induced a Change of Glass Transition Temperature in Microcellular Foamed Plastics 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 초미세 발포 플라스틱의 유리전이온도를 변화시키는 가스 용해량의 영향 The Effect of Gas Absorption Induced a Change of Glass Transition Temperature in Microcellular Foamed Plastics 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

황윤동 (4)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 초미세 발포 플라스틱의 유리전이온도를 변화시키는 가스 용해량의 영향
The Effect of Gas Absorption Induced a Change of Glass Transition Temperature in Microcellular Foamed Plastics 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문