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문제 정의
- PBT/ABS1- 블렌딩 할 때 EPDM-g-GMA를 사용할 경우 가격이 비교적 비싸고 공정이 복잡하여 본 연구에서는 간단하게 사용할 수 있는 범용 PC를 상용화제로 사용하여 PBT/ABS 블렌드를 제조하고 그 물성 변화 및 상용성을 살펴보았다.
- PBT의 충격강도를 개선하기 위하여 여러 종류의 상용화제와 ABS 첨가량에 따른 PBT/ABS 블렌드의 기계적 물성 및 상용성의 변화를 파악하기 위한 본 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 기 이러한 많은 연구에도 불구하고 아직도 PBT/ABSe 기계적 특성연구 및 함유량과 상용화제의 영향에 대한 연구는 미진한 상태이다. 그러므로 본 연구에서는 PBT/ABS# 블렌딩할 때 ABS 의 첨가량과 상용화제가 PBT/ABS 블렌드의 물성에 미치는 영향에 대해 연구하고자 한다.
제안 방법
- 시켰다. EPDM을 HAKKE rheocoder 9000의 밴버리 믹서(banbury mixer)에 넣고 120℃로 가열하여 3 분간 회전수를 35rpm으로 하여 혼합한 후, Aldrich사의 dicumyl-peroxide(DCP) 와 GMA 를 로터 (rotor) 안에 넣고 회전수를 55rpm으로 하여 10℃/min로 상승시키면서 3분간 혼합하여 DCP를 분해 방출 시켰다.
- PBT/ABS 블렌드의 상용화제의 종류의 영향과 첨가량에 따른 영향 그리고 ABS의 함유량에 따른 영향을 평가하기 위해 재료의 물성평가를 행하였고, 이러한 물성과 재료내부의 변화를 규명하기 위하여 조직관찰을 하였다. 조직관찰을 위하여 SEM과 TEM을 이용하여 재료를 관찰하였다.
- 5wt%로 첨가하면서 블렌딩 하였다. PBT/ABS 블렌딩 특성 및 재료의 물성에 ABS의 함유량이 미치는 영향을 연구하기 위해 ABS 함유량을 중량비로 10%, 20%, 30%, 40%로 증가시키면서 PBT/ABS 블렌드 재료를 제조하여 물성 및 상용성을 살펴보았다.
- PBT에 glycidyl-methacrylate(GMA)를 결합시키기위해, EPDM에 GMA를 그래프팅(grafting) 시켰다. EPDM을 HAKKE rheocoder 9000의 밴버리 믹서(banbury mixer)에 넣고 120℃로 가열하여 3 분간 회전수를 35rpm으로 하여 혼합한 후, Aldrich사의 dicumyl-peroxide(DCP) 와 GMA 를 로터 (rotor) 안에 넣고 회전수를 55rpm으로 하여 10℃/min로 상승시키면서 3분간 혼합하여 DCP를 분해 방출 시켰다.
- PC를 상용화제로 사용할 경우 PC의 종류에 따른 PBT/ABS의 물성에 미치는 영향을 평가하기 위해 3종류의 PC를 선정하여 중량비로 2.5%, 5%, 7.5%, 10% 첨가할 때의 영향을 살펴보았다. Fig.
- PC의 분자량 및 물성이 변할 때의 PBT/ABS 블렌드의 물성 및 상용성에 대한 영향을 평가하기 위해 3종류의 PC를 선정하여 PBT/ABS 블렌딩 시 첨가하였다. PC의 첨가량의 영향을 살펴보기 위해 PC 의 함유량을 중량비로 2.
- 첨가하였다. PC의 첨가량의 영향을 살펴보기 위해 PC 의 함유량을 중량비로 2.5%, 5%, 7.5%, 10%씩 각각 첨가하여 블렌딩 하였다. 사용된 PC의 종류 및 분자량은 Table 1에 요약하였다.
- 또한 TEMe사출성형한 시편의 파 엔드(㎛'-end)부분을 3mmX 3mm X 6mm의 크기로 절단하여 LKB사의 초박절편기(ultramicrotoming) 에 고정시키고, 다이아몬드 칼을 장착하여 100nm이하의 두께로 초박절편하였다. 그 시편을 구리 그리드(grid) 위에 올려놓은 후 그 그리드를 1%의 osmic-tetroxide(OsC)4)수용액 위에 놓고 수용액을 증발시키면서 시편 안의 ABS particle부분을 염색하였다. 이렇게 처리된 시편을 TEM을 이용하여 관찰하였다.
- 조직관찰을 위하여 SEM과 TEM을 이용하여 재료를 관찰하였다. 노치가 있는 시편을 충격시험한 후 그 파단면을 SEM사진을 통해 관찰하였다. 또한 TEMe사출성형한 시편의 파 엔드(㎛'-end)부분을 3mmX 3mm X 6mm의 크기로 절단하여 LKB사의 초박절편기(ultramicrotoming) 에 고정시키고, 다이아몬드 칼을 장착하여 100nm이하의 두께로 초박절편하였다.
- 노치가 있는 시편을 충격시험한 후 그 파단면을 SEM사진을 통해 관찰하였다. 또한 TEMe사출성형한 시편의 파 엔드(㎛'-end)부분을 3mmX 3mm X 6mm의 크기로 절단하여 LKB사의 초박절편기(ultramicrotoming) 에 고정시키고, 다이아몬드 칼을 장착하여 100nm이하의 두께로 초박절편하였다. 그 시편을 구리 그리드(grid) 위에 올려놓은 후 그 그리드를 1%의 osmic-tetroxide(OsC)4)수용액 위에 놓고 수용액을 증발시키면서 시편 안의 ABS particle부분을 염색하였다.
- 그 영향을 평가하였다. 또한 충격시험 후의 파단면을 SEM을 통해 관찰하였으며, 블렌딩한 시편은 TEM을 통하여 재료내부의 머폴로지를 관찰하였다.
- 블렌딩한 PBT/ABS 재료의 물성을 파악하기 위해서 인장시험과 충격시험을 행하였다. 인장 시편과 충격시편은 사출성형을 통하여 제작하였다.
- 이렇게 제조된 EPDM-g-GMA를 상용화제로 이용하여 PBT/ABS를 블렌딩하였다. 상용화제의 첨가량에 따른 영향을 살펴보기 위해 첨가량을 전체재료의 2.5wt%, 5.0wt%, 7.5wt%로 첨가하면서 블렌딩 하였다. PBT/ABS 블렌딩 특성 및 재료의 물성에 ABS의 함유량이 미치는 영향을 연구하기 위해 ABS 함유량을 중량비로 10%, 20%, 30%, 40%로 증가시키면서 PBT/ABS 블렌드 재료를 제조하여 물성 및 상용성을 살펴보았다.
- 혼합하였다. 이렇게 제조된 EPDM-g-GMA를 상용화제로 이용하여 PBT/ABS를 블렌딩하였다. 상용화제의 첨가량에 따른 영향을 살펴보기 위해 첨가량을 전체재료의 2.
- 그 시편을 구리 그리드(grid) 위에 올려놓은 후 그 그리드를 1%의 osmic-tetroxide(OsC)4)수용액 위에 놓고 수용액을 증발시키면서 시편 안의 ABS particle부분을 염색하였다. 이렇게 처리된 시편을 TEM을 이용하여 관찰하였다.
- 이를 위해 다양한 ABS 함유량을 가지는 PBT/ABS 블렌드를 제조하여 인장시험 및 충격시험을 행하고, 상용화제가 첨가됨에 따른 영향평가를 위해 EPDM-g-GMA와 PC를 첨가하여 블렌딩하여 그 영향을 평가하였다. 또한 충격시험 후의 파단면을 SEM을 통해 관찰하였으며, 블렌딩한 시편은 TEM을 통하여 재료내부의 머폴로지를 관찰하였다.
- 인장시험은 덤벨(dumbbell)형태의 시편을 제작하여 시험을 행하였으며, 충격시편은 사출성형 후노치 (notch) 제조기를 이용하여 노치 제작하였다. 인장시험은 ASTM D638에 의거하여, UTM을 사용하여 인장속도가 2mm/min로 하여 실험을 행하였으며, 충격시험은 노치가 있는 시편을 가지고아이조드(Izod) 중격시험을 행하였다. 재료의 충격 특성 파악을 위해 충격시험은 ASTM D256에 따라 시행하였으며, 사용된 충격시험기는 Zwick 충격시험기이고, 11J의 추를 사용하였다.
- 인장 시편과 충격시편은 사출성형을 통하여 제작하였다. 인장시험은 덤벨(dumbbell)형태의 시편을 제작하여 시험을 행하였으며, 충격시편은 사출성형 후노치 (notch) 제조기를 이용하여 노치 제작하였다. 인장시험은 ASTM D638에 의거하여, UTM을 사용하여 인장속도가 2mm/min로 하여 실험을 행하였으며, 충격시험은 노치가 있는 시편을 가지고아이조드(Izod) 중격시험을 행하였다.
- 위하여 조직관찰을 하였다. 조직관찰을 위하여 SEM과 TEM을 이용하여 재료를 관찰하였다. 노치가 있는 시편을 충격시험한 후 그 파단면을 SEM사진을 통해 관찰하였다.
대상 데이터
- PBT/ABS 블렌드에 사용된 재료는 삼양사에서 제공한 PBT 제품(TRIBIT 1500S)을 사용하였으며, ABS는 비교적 충격성이 우수한 LG화학의 제품 (HI-100)으로써 고무(rubber) 함유량이 25%인 재료를 사용하였다. PBT/ABS의 상용성 증가를 위해 사용된 ethylene-propylene-diene-terpol ymer(EPDM)는 금호화학 제품(V 8600)을 사용하였다.
- 사용하였다. PBT/ABS의 상용성 증가를 위해 사용된 ethylene-propylene-diene-terpol ymer(EPDM)는 금호화학 제품(V 8600)을 사용하였다.
- PC 상용화제를 이용한 PBT/ABS를 제조하기 위해 HAKKE rheocoder 9000의 CTW 100 트윈 익스트루더(twin screw extruder)# 사용하였다. 블렌딩 할 때의 스크류의 회전속도는 150rpm으로 하였고, 온도는 호퍼(hopper)에서부터 다이 (die)까지 각각 190/210/220/210P로 하였다.
이론/모형
- 인장 시편과 충격시편은 사출성형을 통하여 제작하였다. 인장시험은 덤벨(dumbbell)형태의 시편을 제작하여 시험을 행하였으며, 충격시편은 사출성형 후노치 (notch) 제조기를 이용하여 노치 제작하였다.
- 인장시험은 ASTM D638에 의거하여, UTM을 사용하여 인장속도가 2mm/min로 하여 실험을 행하였으며, 충격시험은 노치가 있는 시편을 가지고아이조드(Izod) 중격시험을 행하였다. 재료의 충격 특성 파악을 위해 충격시험은 ASTM D256에 따라 시행하였으며, 사용된 충격시험기는 Zwick 충격시험기이고, 11J의 추를 사용하였다.
성능/효과
- (1) 상용화제 EPDM-g-GMA의 함유량이 증가함에 따라 상용화재 자체의 강도저하로 인해 PBT/ABS 블렌드의 인장강도는 감소하고, 상용성 증가로 인해 충격강도는 증가한다.
- (2) 상용화제 PC를 사용할 경우 PC 자체의 물성의 영향과 모폴로지에 미치는 영향으로 인해의 ■ 분자량이 증가함에 따라서 인장강도는 증가하나 충격강도는 감소하고, 그 함유량이 증가함에 따라서도 유사한 결과를 보인다.
- (3) ABS 함유량이 증가함에 따라 ABS수지의 낮은 인장강도로 인해 인장강도는 감소하는 반면 충격강도는 초기에는 증가하다가 20~30%에서 최고치에 달하고 그 이후에는 과다한 ABS수지 입자들의 뭉침으로 인해 감소추세를 보인다.
-
PC
PBT와 ABS를 블 렌 딩하는 것은 PBT재 료의 충격강도를 증가시키기는 것이 주목적이기 때문에 본 연구결과에서 알 수 있는 바와 같이 상용화제로 사용할 경우 저분자량의 PC가 보다 유리할 것으로 여겨지며 함유량도 약 7.5% 이하로 사용하는 것이 바람직한 것으로 여겨진다
. PC의 함유량이 증가함에 따라서 충격강도가 저하하는 것은 PC재료 자체가 충격에 약하기 때문인 것으로 여겨진다 - 그림의 (a)에서는 인장강도를 (b)에서는 충격강도의 변화를 나타낸 것으로 인장강도는 5번의 반복시험을 통해 얻어진 결과를 평균값과 error bar로 나타내었고 충격강도는 10번의 반복시험을 통하여 얻어진 결과이다. 그림에서 알 수 있듯이 ABS의 함유량이 증가함에 따라 측정된 범위 안에서는 인장강도는 감소하고 충격강도는 증가하다가 약 20~30%에서 최고값을 나타내며, ABS 함유량이 그 이상 증가함에 따라 감소함을 보인다. 또한 EPDM-g-GMA 함유량이 증가할수록 인장강도는 감소하고 충격강도는 증가함을 보인다.
- 측정된 인장강도는 5번의 반복시험을 통하여 얻은 결과를 ZL 평균값과 함께 errer-b取로 나타낸 것으로 PC의 함유량과 분자량이 증가함에 따라 인장강도가 증가하였다. 또한 ABS 함유량이 증가할수록 인장강도는 감소함을 보이며, 초기에는 그 감소폭이 크다가 점차그 감소 폭이 작아짐을 보인다.
- 그림에서 알 수 있듯이 ABS의 함유량이 증가함에 따라 측정된 범위 안에서는 인장강도는 감소하고 충격강도는 증가하다가 약 20~30%에서 최고값을 나타내며, ABS 함유량이 그 이상 증가함에 따라 감소함을 보인다. 또한 EPDM-g-GMA 함유량이 증가할수록 인장강도는 감소하고 충격강도는 증가함을 보인다. EPDM-g-GMA 상용화제를 사용하였을 경우 인장강도에서는 약간 감소함을 보이나 충격강도 측면에서는 상당히 증가함을 보인다.
- 4는 재료의 충격강도를 나타낸 것으로 10번의 반복시험을 통하여 얻어진 결과이다. 충격강도는 인장강도와는 반대로 PC의 함유량이 증가할수록 충격강도는 감소함을 보인다. 또한 PC 상용화제의 분자량이 증가함에 따라서 충격강도가 감소하였다.
- 3에서 (a)는 저분자량의 PC를 첨가한 경우이고, (b)는 중분자량의 PC를 사용한 경우이며, (c)는 고분자량의 PC를 첨가한 경우의 인장강도를 나타낸 것이다. 측정된 인장강도는 5번의 반복시험을 통하여 얻은 결과를 ZL 평균값과 함께 errer-b取로 나타낸 것으로 PC의 함유량과 분자량이 증가함에 따라 인장강도가 증가하였다. 또한 ABS 함유량이 증가할수록 인장강도는 감소함을 보이며, 초기에는 그 감소폭이 크다가 점차그 감소 폭이 작아짐을 보인다.
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