선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 실험에서는 silicone 고무에 EPDM 고무와 기타 첨가제를 첨가함으로써 silicone 고무가 가지는 장점을 유지하면서도 내오존성, 내치수성, 절연특성이 우수하고 기계적 강도가 우수한 새로운 고기능성 재료의 개발에 목적을 두었다.
제안 방법
- 시편의 열적 성질을 알아보기 위하여 TGA (DuPont TA2100)를 이용하였으며, 실험시 온도 범위는 30 ℃에서 700 ℃, 승온속도 30 ℃/min으로 질소분위기 하에서 측정하였다. Sihcone/EPDM 고무 블렌드물을 옥외절연재료로서의 사용여부를 조사하기 위하여 접촉각과 저항을 측정하였다. 접촉각은 160 C의 hot press에서 mold를 이용하여 두께 약 2 mm의 시편을 제조한 후 접촉각 측정기 (DCA-VZX 이용하여 각 시편마다 2회씩 측정하였고, 저항은 160 ℃ 의 hot press 에서 mold를 이용하여 가로, 세로 10 cm, 두께 2 mm의 시편을 제조하여 분당 1000 V의 전압으로 체적저항과 부피저항을 상온에서 저항 측정기 (HM-500)를 이용하여 각 시편마다 1회씩 측정하였다.
- 사용된 TRIM/S 는 peroxide 가교에서 가교 촉진제로 사용하였으며, 비중은 L27이었다. 다음으로 ATH를 첨가하여 5분간 internal mixer를 통하여 혼합하였으며, 마지막으로 가교제로 사용하기 위하여 40% dicumyl peroxide와 60%의 filler로 구성되어 있는 dicumyl peroxide (DCP, CmHeO?)를 첨가하여 2 분간 혼합하여 전체 혼합물을 동일한 조건하에서 internal mixer에서 3분간 혼합하여 EPDM 고무의 총 배합시간은 15분으로 하였다. Table 3에 EPDM 고무의 배합비율을 나타내었다.
- 시료의 모폴로지는 SEM (JEOL 6400 )fr 통하여 관찰하였다. 또한 기계적 물성은 universal test machine (UTM, Lloyd Instruments, LR10K)을 사용하였으며, 아령형 3호 (KSM 6518) 형태로 시편을 제조하여 load cell 10 KN, 인장속도 500 mrn/min의 속도로 인장을 가하여 기계적 물성을 측정하였다. 시편의 열적 성질을 알아보기 위하여 TGA (DuPont TA2100)를 이용하였으며, 실험시 온도 범위는 30 ℃에서 700 ℃, 승온속도 30 ℃/min으로 질소분위기 하에서 측정하였다.
- EPDM 고무의 배합은 내부온도 80±5 ℃, 30 rpm의 internal mixer에서 행하였다. 배 합순서는 먼저 EPDM 고무 자체가 충분한 열을 받도록 하기 위하여 EPDM을 투입하여 1분간 혼합한 후 ZnO를 첨가하여 2분간 혼합하였으며, 70%의 trimethylpropane trimethacrylate와 30% silica로 구성된 TRIM/S 를 첨가하여 2분간 혼합하였다. 사용된 TRIM/S 는 peroxide 가교에서 가교 촉진제로 사용하였으며, 비중은 L27이었다.
- 열적 성질. 본 실험에서 열적 성질은 TGA를 이용하여 분석하였으며, Figure 6에 각 시편의 TGA 곡선을 나타내었다. 모든 그래프에서 동일하게 나타나는 250~350 -C에서 나타나는 중량감소는 첨가제 ATH 에 존재하는 OH group 과 재료의 내부에 존재하는 소량의 저분자량 물질의 분해에 의한 것으로 생각된다.
- 비상용성을 지니는 silicone 고무와 EPDM 고무는 블렌드 제조가 어렵다고 알려져있으나 본 실험에서는 블렌딩의 제조공법과 여러 종류의 첨가제의 첨가에 따른 두 고무의 블렌드 결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 시료의 모폴로지는 SEM (JEOL 6400 )fr 통하여 관찰하였다. 또한 기계적 물성은 universal test machine (UTM, Lloyd Instruments, LR10K)을 사용하였으며, 아령형 3호 (KSM 6518) 형태로 시편을 제조하여 load cell 10 KN, 인장속도 500 mrn/min의 속도로 인장을 가하여 기계적 물성을 측정하였다.
- 또한 기계적 물성은 universal test machine (UTM, Lloyd Instruments, LR10K)을 사용하였으며, 아령형 3호 (KSM 6518) 형태로 시편을 제조하여 load cell 10 KN, 인장속도 500 mrn/min의 속도로 인장을 가하여 기계적 물성을 측정하였다. 시편의 열적 성질을 알아보기 위하여 TGA (DuPont TA2100)를 이용하였으며, 실험시 온도 범위는 30 ℃에서 700 ℃, 승온속도 30 ℃/min으로 질소분위기 하에서 측정하였다. Sihcone/EPDM 고무 블렌드물을 옥외절연재료로서의 사용여부를 조사하기 위하여 접촉각과 저항을 측정하였다.
- Sihcone/EPDM 고무 블렌드물을 옥외절연재료로서의 사용여부를 조사하기 위하여 접촉각과 저항을 측정하였다. 접촉각은 160 C의 hot press에서 mold를 이용하여 두께 약 2 mm의 시편을 제조한 후 접촉각 측정기 (DCA-VZX 이용하여 각 시편마다 2회씩 측정하였고, 저항은 160 ℃ 의 hot press 에서 mold를 이용하여 가로, 세로 10 cm, 두께 2 mm의 시편을 제조하여 분당 1000 V의 전압으로 체적저항과 부피저항을 상온에서 저항 측정기 (HM-500)를 이용하여 각 시편마다 1회씩 측정하였다.
대상 데이터
- 재료. 본 실험에 사용된 기본 silicone 고무는 GE Toshiba사의 상품명 GS-620을 사용하였으며, silicone 고무의 난연성, 내트래킹성 그리고 기계적 강도 향상을 위하여 aluminium trihydrate (ATH)를 첨가하였다.
- 배 합순서는 먼저 EPDM 고무 자체가 충분한 열을 받도록 하기 위하여 EPDM을 투입하여 1분간 혼합한 후 ZnO를 첨가하여 2분간 혼합하였으며, 70%의 trimethylpropane trimethacrylate와 30% silica로 구성된 TRIM/S 를 첨가하여 2분간 혼합하였다. 사용된 TRIM/S 는 peroxide 가교에서 가교 촉진제로 사용하였으며, 비중은 L27이었다. 다음으로 ATH를 첨가하여 5분간 internal mixer를 통하여 혼합하였으며, 마지막으로 가교제로 사용하기 위하여 40% dicumyl peroxide와 60%의 filler로 구성되어 있는 dicumyl peroxide (DCP, CmHeO?)를 첨가하여 2 분간 혼합하여 전체 혼합물을 동일한 조건하에서 internal mixer에서 3분간 혼합하여 EPDM 고무의 총 배합시간은 15분으로 하였다.
- 실험에 사용된 EPDM 고무는 DuPont사의 상품명 NDR-3720P를 사용하였으며, Table 1에 본 실험에 사용된 EPDM 고무의 기본 물성을 나타내었다.
이론/모형
- 시험방법. Silicone/EPDM 고무를 블렌드할 때 두 물질간의 결합반응과 재료내부에 존재하는 반응성기 의 존재를 조사하기 위하여 FTCR을 이용하여 분석 하였으며, 가교밀도는 팽윤실험을 통한 화학적 방법으로 시료를 용매(n-heptane)에 24시간 동안 담구어 둔 후, 60 ℃ 의 진공오븐에 3시간 동안 건조시켜 무게를 측정하는 방식으로 Flory-Huggins식에 의해 가교밀도를 측정하였다.12
성능/효과
- 원 (virgin) 고분자의 물성을 향상시키거나, 가공 성의 향상을 위해서 그리고 배합믈의 가격을 낮추기 위해서 고분자 블렌딩을 행하는데 두 가지 이상 다른 종류의 재료를 혼합하는데 가장 큰 문제점은 각 재료 사이의 상용성이며, 또한 용해도 상수 (solubility pa- rameter)와도 관련이 있다.1 두 고분자 사이의 열역학적 비상용성은 분산상 고분자 입자의 분산성을 저하시킬 뿐만 아니라 가공과정에서 입자의 모양을 변화시켜 물성의 저하를 초래할 수도 있다. 고분자 블렌드에서 상용성은 아주 중요한 요소로서 이기에는 thermodynamic compatibility 와 technological compatibility의 두 가지 방법이 있다.
- 1. FT-IR 분석 결과 두 재료사이에 반응이 일어나지 않고 자체적인 경화반응만 일어나는 것을 확인할 수 있었으며, SEM을 통한 모폴로지 관찰 결과, EPDM보다는 silicone 고무의 점도가 낮기 때문에 silicone 고무가 EPDM 고무와 첨가제를 둘러싸고 있는 형태로 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
- 2. Silicone/EPDM 고무 블렌드물에서 기계적 강도가 우수한 EPDM 고무의 비율이 증가할수록 기계적 강도(인장 및 인열강도, 신율, 모듈러스)는 증가하는 것을 알 수 있었으며, 열적 성질은 EPDM 고무의 비율이 증가할수록 다소 떨어지는 경향을 나타내었다.
- 3. Silicone/EPDM 고무 블렌드물의 전기저항 측 정결과 체적저항과 부피저항이 절연물로 사용 가능한 1013^2 이상을 값을 나타내므로 인해 초절연물의 재료로서 사용이 가능함을 알 수 있었다.
- 4. Silicone/EPDM 고무 블렌드물의 표면 발수성은 접촉각 측정결과로부터 우수한 발수 표면을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
- Silicone 고무만을 함유한 시편의 TGA 그 래프에서는 먼저 ATH에 존재하는 OH group과 저분자량 물질에 의한 분해가 먼저 일어나고 350~ 580 ℃ 까지 silicone 고무에 의한 분해가 일어났다. EPDM 고무만으로 되어 있는 시편은 실리콘과 비슷하게 250~350 ℃에서 ATH에 존재하는 0H group과 저분자량 물질에 의한 분해가 일어난 다음, 350-500 ℃까지 EPDM 고무에 의한 분해가 일어나는 것을 알 수 있었다. Silicone/EPDM 고무 블렌 드물은 250~350℃에서 첨가제 ATH에 존재하는 OH group과 저분자량 물질에 의한 분해가 일어나고, 350-500 ℃ 에서 silicone과 EPDM 고무가 동시에 분해가 되면서 먼저 EPDM 고무가 분해될 수 있는 한도( 약 500 ℃)까지 분해가 일어나고, 계속적으로 580 ℃ 까지 silicone 고무의 분해가 일어나는 것을 알 수 있었으며, EPDM 고무의 첨가에 의해 열적 성질은 다소 떨어지는 경향을 나타냄을 알 수 있었다.
- Silicone과 EPDM 고무 블렌드 물의 FT-IR 그래프를 살펴보면, 두 재료간의 상호 결합반응을 나타내는 특정 피크는 나타나지 않았으며 단지 1400 cm-1 부근에서 silicone 고무의 Si- CH3에서 CH3 group과 EPDM 고무에 존재하는 CH3 group이 동시에 나타나는 것을 알 수 있었다. FT-IR 분석 결과 두 재료사이에 결합반응이 일어나지 않아 블렌드를 제조하더라도 두 물질간의 반응이 일어나지 않았음을 알 수 있었다.
- 29 MPa로 silicone 고무보다 훨씬 높게 나타나는 것을 알 수 있었다. Silicone 고무와 EPDM 고무 블렌드물에서 EPDM 고무의 비율이 증가할수록 인장강도는 4.59, 5.51, 7.26 MPa로 인열강도는 1.31, 1.69, 2.4 MPa로 인장, 인열강도는 점점 증가하는 것을 알 수 있었다. 이것은 이 두 물질간의 실질적인 상호 결합반응은 일어나지 않았지만, EPDM 고무의 비율이 증가할수록 기계적 물성이 증가하는 것은 silicone 고무에 비해 EPDM 고무가 기계적 강도면에서 훨씬 우수하기 때문인 것으로 여겨진다.
- EPDM 고무만으로 되어 있는 시편은 실리콘과 비슷하게 250~350 ℃에서 ATH에 존재하는 0H group과 저분자량 물질에 의한 분해가 일어난 다음, 350-500 ℃까지 EPDM 고무에 의한 분해가 일어나는 것을 알 수 있었다. Silicone/EPDM 고무 블렌 드물은 250~350℃에서 첨가제 ATH에 존재하는 OH group과 저분자량 물질에 의한 분해가 일어나고, 350-500 ℃ 에서 silicone과 EPDM 고무가 동시에 분해가 되면서 먼저 EPDM 고무가 분해될 수 있는 한도( 약 500 ℃)까지 분해가 일어나고, 계속적으로 580 ℃ 까지 silicone 고무의 분해가 일어나는 것을 알 수 있었으며, EPDM 고무의 첨가에 의해 열적 성질은 다소 떨어지는 경향을 나타냄을 알 수 있었다.
- 3% 로 EPDM 고무의 신율이 silicone 고무보다 훨씬 높게 나타났다. Silicone/EPDM 고무 블렌드물에서는 EPDM 고무의 비율이 증가할수록 신율은 증가하는 경향을 나타내었다. 모듈러스에서 silicone 고무는3.
- 65xl0i3@cm로 가장 낮은 값을 나타내었다. Silicone/EPDM 블렌드물은 EPDM의 비율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 표면저항 그래프에서는 실리콘만 함유한 시편에서 5.
- 그리고 EPDM만 함유한 그래프 (c)에서 1400 cm-1 부근의 피크는 EPDM 에 존재하는 CH3 group에 의한 피크로 판단된다. Silicone과 EPDM 고무 블렌드 물의 FT-IR 그래프를 살펴보면, 두 재료간의 상호 결합반응을 나타내는 특정 피크는 나타나지 않았으며 단지 1400 cm-1 부근에서 silicone 고무의 Si- CH3에서 CH3 group과 EPDM 고무에 존재하는 CH3 group이 동시에 나타나는 것을 알 수 있었다. FT-IR 분석 결과 두 재료사이에 결합반응이 일어나지 않아 블렌드를 제조하더라도 두 물질간의 반응이 일어나지 않았음을 알 수 있었다.
- 이것은 silicone과 EPDM 고무의 혼합에서 EPDM 고무가 silicone 고무보다 점도가 낮기 때문에 점도가 낮은 silicone 고무가 EPDM 고무와 첨가제를 둘러싸고 있는 형태로 존재한다. 따라서 silicone 고무의 양이 줄어들수록 점도가 높은 EPDM 고무입자의 증가로 점점 시편단면이 거칠어지는 것으로 생각된다.
- Silicone/EPDM 고무 블렌드물에서는 EPDM 고무의 비율이 증가할수록 신율은 증가하는 경향을 나타내었다. 모듈러스에서 silicone 고무는3.95 MPa, EPDM 고무는 6.79 MPa의 값을 보였으며, 블렌드물은 신율과 마찬가지로 EPDM 고무의 비율이 증가할수록 모듈러스는 증가하는 것을 알 수 있었다. 이러한 신율과 모듈러스의 증가는 앞에서 설명한 인장, 인열강도의 증가원인과 같은 결과로 인한 것으로 생각된다.
- SEM을 통한 시편의 모폴로지는 Figure 3에 나타내었다. 모폴로지 관찰결과, 첨가제로 가장 많이 첨가한 ATH가 알갱이 형태로 재료의 표면과 내부에 분산되어 있는 것을 알 수 있었으며, EPDM 의 비율이 증가할수록 사진상으로 나타난 바와 같이 시편단면이 알갱이 모양으로 분산되어 점점 거칠어지는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 silicone과 EPDM 고무의 혼합에서 EPDM 고무가 silicone 고무보다 점도가 낮기 때문에 점도가 낮은 silicone 고무가 EPDM 고무와 첨가제를 둘러싸고 있는 형태로 존재한다.
- 일반적으로 고무를 절연재료로 사용하는데 있어서 저항은 108Ω 이상의 값을 보이면 절연재료로 사용 가능하다. 본 실험에서는 모든 시편에서 IO® 妃 이상의 저항값을 보였으며, 그 중에서도 순수실리콘으로 제조한 시편이 가장 우수한 절연성능을 보였다. 실리콘/ EPDM 블렌드물은 저항값이 낮아지기는 하였지만 본 실험에서 사용하고자 하는 초절연재료로 사용하는 데는 문제가 없을 것으로 생각된다
- 그래프에서, 대부분의 실리콘 고무자체는 표면에너지가 낮기 때문에 표면은 우수한 발수성을 갖는다. 순수한 실리콘으로 제조한 시편의 접촉각은 110° 정도로 우수한 소수성을 보임을 알 수 있었다. 그러나 순수 EPDM으로 된 시편은 86°로 실리콘보다 많이 낮은 값을 보였다.
- 각 시편의 신율과 모듈러스는 Figure 5에 나타내었다. 신율의 경우, silicone 고무만으로 되어 있는 시편은 189.5 %로 나타났고, EPDM 고무는 677.3% 로 EPDM 고무의 신율이 silicone 고무보다 훨씬 높게 나타났다. Silicone/EPDM 고무 블렌드물에서는 EPDM 고무의 비율이 증가할수록 신율은 증가하는 경향을 나타내었다.
- 그러나 순수 EPDM으로 된 시편은 86°로 실리콘보다 많이 낮은 값을 보였다. 실리콘/EPDM 고무 블 렌드물은 EPDM의 비율이 증가할수록 접촉각은 작 아지는 경향을 보였다. EPDM의 비율이 증가할수록 접촉각이 작아지는 것은 EPDM의 접촉각이 실리콘보다 훨씬 작기 때문에 이러한 EPDM 첨기의 영향에 의한 것으로 생각된다.
- Figure 2의 가교밀도 그래프에서 나타난 바와 전시편에서 가교밀도가 1019mole/cm3의 비슷한 크기로 나타났다. 실험결과로 미루어보아 가교밀도가 온도나 경화시간 등의 실험적인 오차에 의한 시료마다 조금씩의 차이를 보이지만 가교는 잘 이루어진 것으로 판단되었다.
- Silicone/EPDM 블렌드물은 EPDM의 비율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 표면저항 그래프에서는 실리콘만 함유한 시편에서 5.63x1015Z2로 가장 높은 값을 보였으며, EPDM 고무만을 함유한 경우는 5.5×1014 Ω의 값을 보였고, sihcone/ EPDM 고무 블렌드물 또한 EPDM의 비율이 증가할수록 부피저항의 값이 떨어지는 경향을 나타내었다. 일반적으로 고무를 절연재료로 사용하는데 있어서 저항은 108Ω 이상의 값을 보이면 절연재료로 사용 가능하다.
후속연구
- 이상과 같은 결과로부터 비상용성을 지니는 두 재료 silicone과 EPDM.고무 블렌드물은 silicone 고무가 가지는 단점을 보완할 수 있는 silicone 고무의 대체물로서 충분한 역할을 할 수 있을 것으로 생각된다.
- 본 실험에서는 모든 시편에서 IO® 妃 이상의 저항값을 보였으며, 그 중에서도 순수실리콘으로 제조한 시편이 가장 우수한 절연성능을 보였다. 실리콘/ EPDM 블렌드물은 저항값이 낮아지기는 하였지만 본 실험에서 사용하고자 하는 초절연재료로 사용하는 데는 문제가 없을 것으로 생각된다
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.