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가공조제가 Styrene-Butadiene Rubber 배합고무의 유변특성 및 기계적 물성에 미치는 영향
Effect of Process Aids on Rheological and Mechanical Properties of Styrene-Butadiene Rubber Compound 원문보기

엘라스토머 = Elastomer, v.37 no.3, 2002년, pp.170 - 176  

강용구 (넥센타이어 기술연구소) ,  정훈 (넥센타이어 기술연구소) ,  김태년 (우석대학교 의상주택학부) ,  김완두 (한국기계연구원 고무역학연구실) ,  나창운 (전북대학교 신소재공학부)

초록
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공정조제의 성분 및 함량이 styrene-butadiene rubber (SBR) 배합고무의 유변학적 특성과 기계적 물성에 미치는 영향을 조사하였다. 공정조제로 지방산, 지방산 유도 금속염, 에스테르 알코올, 아미드 성분을 단독 혹은 혼합한 5종의 상용제품을 선택하였다. 공정조제 첨가에 따른 무니점도와 전단점도의 감소는 금속염이 주성분인 공정조제가 가장 컸고, 고분자량의 지방산 알콜이나 에스터의 함량이 높은 공정조제가 낮았다. 공정조제의 함량증가에 따라 인장 모듈러스는 감소하고, 발열은 증가하는 경향을 나타내었지만, 극한물성인 인장강도와 파단신장율에는 그다지 큰 영향을 미치지 않았다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Effects of type and loading level of process aids on the rheological and mechanical properties of styrene-butadiene rubber (SBR) compound were investigated. Five commercial grades of process aids composed of fatty acids and their various derivatives such as metal salts, esters, alcohols and amides w...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 5종의 공정조제를 SBR 컴파운드에 첨가하여 유변학적 특성과 기계적 물성을 조사하여 다음 과 같은 결과를 얻었다.
  • 가황 특성은 진동원판형 레오미터 (ODR R-2000E, Monsanto)를 이용하여 165℃에서 조사하였고, 결정된 최적가 황시간을 이용하여 기계적 물성측정에 필요한 고무시험 편을 가압프레스로 제조하였다. 고무컴파운드의 인장 시험은 ASTM D 3182에 따라 실시하였다.
  • 인장시험기(Instron-4301, Instron)를 이용하여 응력-변형 곡선을 조사하였고, 이로부터 탄성율, 인장 강도 및 파단 신장률을 측정하였다. 경도는 경도계 (Shore A, Durometer)를 사용하여 측정하였다. 고무컴파운드의 발열 특성은 발열시험기(Ueshima FT-101)를 이용하여 측정하였다.
  • 경도는 경도계 (Shore A, Durometer)를 사용하여 측정하였다. 고무컴파운드의 발열 특성은 발열시험기(Ueshima FT-101)를 이용하여 측정하였다.
  • 실험에 사용된 재료들과 혼합고무의 조성은 Table 2에 정리하였다. 공정조제의 함량을 각각 1, 2, 3 phr 변량하였고, 각 물성 결과를 공정조제를 첨가하지 않은 고무컴파운드와 비교하였다.
  • 15 또한 무니점도계의 경우 약 10 sec-1의 일정한 전 단속도에서 측정된다. 따라서 보다 광범위한 전단속도 범위에서의 점도를 조사하기 위해 모세관 레오미터 (Haake Rheocord)를 이용하여 공정조제별 고무컴파운드의 유변학적 거동을 조사하였다. Figure 3에는 각 공정조제가 3 phr 함유된 고무컴파운드에 대한 전단응력과 전단속도를 도시하였다.
  • 측정시 모세관의 직경은 2 mm이고 길이와 직경비(L/D)는 10인 것을 사용하였다. 바렐(barrel)과 다이(die) 온도는 각각 70℃와 110℃로 조절하였다. 압출기의 스크류(screw)의 회전 속도를 10, 20, 30 rpm으로 변화 시켜가면서 압출되는 고무량으로부터 전 단속도를 파악하였고, 바렐에서 측정된 전단 응력과의 관계로부터 겉보기점도를 구하였다.
  • 배합고무의 가공성은 무니(Mooney) 점도계(Model SMV-201, Shimadzu)를 이용하여 조사하였고, 125℃에서 1분간의 예열을 거쳐 4분 후에 측정된 무니 점도 (MLl+4@125℃)를 얻었다. 압출 특성은 Haake torque rheometer (Polylab System RC3009, Haake)를 이용하여 측정하였다.
  • 배합고무의 혼합은 내부 혼합기 (82 BR Banbury, Farrel)의 로터(rotor) 속도를 60 rpm으로 유지하면서 고무와 카본 블랙, 산화아연, 스테아린산, 공정조제를 동시에 투입하고 온도가 150℃를 넘지 않도록 조절하면서 210 sec 동안 혼합한 후롤밀 (roll-mill)을 이용하여 2 mm 두께로 고무쉬트(rubber sheet)를 제조하였다. 내부 혼합기를 이용하여 1차 혼합된 고무에 다시 가황제와 촉진제를 첨가하고 로터속도를 20 rpm, 온도는 100℃가 넘지 않도록 조절하면서 120 sec 동안 혼합한 후롤밀에서 2mm 고무쉬트로가공하여 24시간 방치한 후 제반가공성 및 물성 시험에 사용하였다.
  • 본 연구에서는 styrene-butadiene rubber (SBR) 배합고무에 5종류의 혼합형 공정조제를 1~3 phr 적용한 후, 배합고무의 유변학적 거동과 가황 특성 및 기계적 물성을 조사하였다.
  • 바렐(barrel)과 다이(die) 온도는 각각 70℃와 110℃로 조절하였다. 압출기의 스크류(screw)의 회전 속도를 10, 20, 30 rpm으로 변화 시켜가면서 압출되는 고무량으로부터 전 단속도를 파악하였고, 바렐에서 측정된 전단 응력과의 관계로부터 겉보기점도를 구하였다. 전 단속도나 전단응력에 대한보정은 하지 않았기 때문에 본 실험에서 보고된 유변학적 결과들은 겉보기 값을 나타내고 있다.
  • 고무컴파운드의 인장 시험은 ASTM D 3182에 따라 실시하였다. 인장시험기(Instron-4301, Instron)를 이용하여 응력-변형 곡선을 조사하였고, 이로부터 탄성율, 인장 강도 및 파단 신장률을 측정하였다. 경도는 경도계 (Shore A, Durometer)를 사용하여 측정하였다.

대상 데이터

  • 본 실험에 사용된 5종류의 공정조제들을 Table 1에 정리하였다. 기타 배합고무에 사용된 원료고무와 첨가제들은 상용제품들을 별도의 정제나 처리없이 그대로 사용하였다.
  • 압출 특성은 Haake torque rheometer (Polylab System RC3009, Haake)를 이용하여 측정하였다. 측정시 모세관의 직경은 2 mm이고 길이와 직경비(L/D)는 10인 것을 사용하였다. 바렐(barrel)과 다이(die) 온도는 각각 70℃와 110℃로 조절하였다.

이론/모형

  • 고무컴파운드의 인장 시험은 ASTM D 3182에 따라 실시하였다. 인장시험기(Instron-4301, Instron)를 이용하여 응력-변형 곡선을 조사하였고, 이로부터 탄성율, 인장 강도 및 파단 신장률을 측정하였다.
  • 압출 특성은 Haake torque rheometer (Polylab System RC3009, Haake)를 이용하여 측정하였다. 측정시 모세관의 직경은 2 mm이고 길이와 직경비(L/D)는 10인 것을 사용하였다.
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참고문헌 (15)

  1. B. G. Crowther, Plastic and Rubber International, 9, 14 (1984) 

  2. W. Schuette, Proceedings of Rubber Division Meeting of American Chemical Society (paper no. 56), Cleveland, USA, October, 1996 

  3. F. M O'Conner and J. L. Slinger, Rubber World, Oct. 19 (1982) 

  4. K. C. Beach, L. F. Comper and V. E. Lowery, Rubber Age., May 253 (1959) 

  5. N. Tokia and I. Pliskin, 'The Dependence of Processability on Weight Distribution of Elastomers', Rubber Chem. Technol., 46, 1166 (1973) 

  6. E. S. Dizon and L. A. Papazian, 'The Processing of Filler-reinforced Rubber', Rubber Chem. Technol., 50, 756 (1977) 

  7. G. R Cotten, 'Significance of Extensional Flow in Processing of Rubbers', Rubber Chem. Technol., 54, 61 (1981) 

  8. G. R Cotten, 'Mixing of Carbon Black with Rubber I. Measurement of Dispersion Rate by Changes in Mixing Torque', Rubber Chem. Technol., 57, 118 (1984) 

  9. G. R Cotten, 'Mixing of Carbon Black with Rubber II. Mechanism of Carbon Black Incorporation', Rubber Chem. Technol., 58, 774 (1985) 

  10. A. Y. Coran, F. Ignatz-Hoover and P. C. Smakula, 'The Disperison of Carbon Black in Rubber Part IV. The Kinetics of Carbon Black Dispersion in Various Polymers', Rubber Chem. Technol., 67, 237 (1994) 

  11. Y. G. Kang, Ph.D. Dissertation, Chonnam National University, Kwangju Korea (1999) 

  12. Y. G. Kang, C. Y. Park, and C. Nah, 'A Theoretical Analysis and Simulation of Power Curve During Rubber Mixing', J. Korean Ind. Eng. Chem., 12, 693 (2001) 

  13. D. H. Chang, Ph.D. Dissertation, Chonnam National University, Kwangju Korea (1996) 

  14. A. Y. Coran, 'Vulcanization. Part VII. Kinetics of Sulfur Vulcanization of Natural Rubber in Presence of Delayed-action Accelerators', Rubber Chem. Technol., 38, 1 (1965) 

  15. P. J. Carreau, D. C. R De Kee, and R. P. Chhabra, Rheology of Polymeric Systems, Hanser, Munich (1997) 

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