[논문]Polycarbonate/ABS 블렌드에서 사출온도에 따른 모폴로지 변화에 관한 연구

손영곤

Polycarbonate/ABS 블렌드에서 사출온도에 따른 모폴로지 변화에 관한 연구
The Effect of Injection Molding Temperature on the Morphology of Polycarbonate/ABS blends 원문보기

엘라스토머 = Elastomer, v.39 no.4, 2004년, pp.324 - 329

초록
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인계난연제가 함유된 Polycarbonate (PC)/Acrylonitrile-Butadiene-Styrene (ABS) 블렌드에서 사출온도가 상승될 경우 모폴로지 변화와 크레이즈 (Craze) 발생 정도 및 기계적 강도와의 상관관계에 대하여 연구하였다. 사출온도가 상승될 경우 분산상의 합체현상(Coalescence)이 나타났으며 파괴시편에서 크레이즈가 많이 발생하였음을 관찰하였다. 또한 급격한 충격강도의 저하가 발생하였다. 소량의 상용화제를 첨가한 경우 합체현상이 억제됨을 관찰하였으며 크레이즈도 많이 줄여 들었음을 관찰하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The phase morphology, degree of craze and impact property in Polycarbonate (PC)/Acrylonitrile-Butadiene- styrene (ABS) blend containing the phosphate based flame retardant were studied in terms of injection molding temperatures. As the injection molding temperature increases, significant amount of coalescences and crazes were observed and impact strength decreased. It was also observed that the addition of compatibilizer into the blends suppresses the coalescence and craze.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 상업적으로 이용되는 전기전자제품의 외장재 용도로 많이 이용되며 최근의 환경친화성의 요구에 의해 새로이 개발되고 있는 인계 난연제를 포함한 PC/ABS 블렌드 사출조건의 차이에 따른 모폴로지 변화를 관찰하고자 하며 이러한 모폴로지 변화와 함께 기계적 강도변화 및 미세크레이즈 (craze) 발생 정도의 관련성에 관하여 고찰하고자 한다.
이러한 백화현상은 미시적으로는 고분자의 크레이즈의 발생에 의해 표면적으로 나타나는 것으로 알려져 있다. 이 연구에서는 PC/ABS 블렌드에서 모폴로지 변화에 따라 크레이즈의 발생 정도가 어떻게 변하는지에 대해 관찰하였다. 이와 같은 관찰은 TEM 관찰을 위한 시편에서, 관찰하는 파괴부위의 위치에 따라 많은 차이가 날수 있으므로 가능한한 파괴면에서부터 같은 거리에서 관찰하였으며 여러 번 관찰을 통하여 평균적인 이미지를 비교하였다.

제안 방법

Figure 1과 같이 충격강도 측정 후 파단면에서 일정한 깊이에서의 모폴로지와 크레이즈를관찰하였다. Reichert-Jung 극세 마이크로톰으로 절단한 박편을 OsO₄ 수용액에 48시간 침적한 후, RuO₄ 수용액의 증기로 30분간 처리하여 PC상과 ABS상을 선택적으로 착색하여 관찰하였다.
또한 MBE를 첨가하여 모폴로지를 미세화 시켰을 경우 물성변화도 함께 관찰하였다. Figure 5에서는 사출 온도를 20℃높였을 때 물성변화를 나타내었다.
블렌드의 미세구조와 크레이즈를 관찰하기 위하여 투과전자 현미경 (TEM, JEOL JEM-2000X)을 이용하였다. Figure 1과 같이 충격강도 측정 후 파단면에서 일정한 깊이에서의 모폴로지와 크레이즈를관찰하였다.
기계적 물성은 사출 온도뿐 아니라 사출속도에 의해서도 영향을 받기 때문에, 두 사출온도 모두에서 동일한 사출속도 및 사출 압력으로 성형을 하였다. 성형이 끝난 시편은 23°C 항온 항습 실에 24시간 이상 방치한 후 기계적 물성을 측정하였다.
또한 이들 블렌드의 파괴된 시편의 크레이즈 발생 부위를 관찰한 결과, 분산상의 합체가 많은 블렌드에서 크레이즈가 크고 많이 발생하며 모폴로지가 미세하게 유지된 PC/ABS/TPP/MBE 블렌드의 경우는 크레이즈 짧고 크기도 적음을 관찰하였다. 아울러 사출온도 변화에 따라 충격강도의 변화도 측정하였다. PC/ABS/TPP 블렌드의 경우는 온도의 상승에 의해 충격강도의 급격한 저하를 나타내었고, PC/ABS/TPP/MBE의 경우는 온도 상승에 관계없이 충격강도가 유지되었다.
압출된 시료는 80°C로 유지되는 오븐에서 2시간 이상 건조 후, LG 기계의 LEN₁₂0 사출기를 이용하여 사출온도 230°C (사출기의 노즐 기준) 와 250℃의 온도에서 사출하여 시편을 제조하였다. 기계적 물성은 사출 온도뿐 아니라 사출속도에 의해서도 영향을 받기 때문에, 두 사출온도 모두에서 동일한 사출속도 및 사출 압력으로 성형을 하였다.
이 연구에서는 PC/ABS 블렌드에서 모폴로지 변화에 따라 크레이즈의 발생 정도가 어떻게 변하는지에 대해 관찰하였다. 이와 같은 관찰은 TEM 관찰을 위한 시편에서, 관찰하는 파괴부위의 위치에 따라 많은 차이가 날수 있으므로 가능한한 파괴면에서부터 같은 거리에서 관찰하였으며 여러 번 관찰을 통하여 평균적인 이미지를 비교하였다. Figure 4에 보는 바와 같이 분산상인 ABS상이 보이고 이 내부에 고무가 위치하고 있으며 고무 주위에 크레이즈들이 형성되있는 것을 볼 수 있다.
인계 난연제를 함유한 PC/ABS 블렌드의 사출온도에 따른 기계적 물성 변화를 관찰하였다. 또한 MBE를 첨가하여 모폴로지를 미세화 시켰을 경우 물성변화도 함께 관찰하였다.

대상 데이터

각 조성별 블렌드는 한국 SM사의 동회전 이축 압출기 (직경 45 mm, 길이/직경=36)를 이용하여 제조하였다. 압출된 시료는 80°C로 유지되는 오븐에서 2시간 이상 건조 후, LG 기계의 LEN₁₂0 사출기를 이용하여 사출온도 230°C (사출기의 노즐 기준) 와 250℃의 온도에서 사출하여 시편을 제조하였다.
본 연구에 사용된 시료들은 상업적으로 제조 판매되는 제품으로 시료의 특징을 Table 1에 나타내었다. PC/ABS 블렌드의 성분중 ABS는 별도로 중합된 St^rene-co-Acrylonitrile (SAN) 성분과 SAN 이그라프트(graft) 된 Poly-butadiene rubber (g-ABS)가 혼합되어 만들어진 성분이다.
난연제의 함량은 요구하는 수준에 따라 달라지지만, 일반적으로 인계 난연제를 10%정도 첨가하여 난연화된 제품을 사용한다. 본 연구에서는 PC/ABS 블렌드의 상용화제로 MBE (methyl methaciylate-butadiene-ethyl acrylate)를 사용하였다. 이것은 쉘부분이 아크릴레이트기로 싸여 있고 내부는 부타디엔과 에틸아크릴레이트로 중합된 고무이다.
PC/ABS 블렌드에서 이러한 분산상의 합체를 방지하는 방법 중에는 PMMA(Polymethy) Methacrylate)을 사용하여 상용성을 조절하거나, 점도를 조절하는 방법 등이 소개되어 있다. 이 연구에서는 아크릴 레이트기를 쉘이iell) 구조로 가지며 고무질 중합체로 중합된 MBE 고무를 사용하였다. MBE 고무는 쉘(shell) 구조로 아크릴레이트기를 지녀 PC/ ABS 블렌드의 계면에 위치하게 되며8 이로 인해 계면장력을 낮추어 상용화제 (Compatibilizer) 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

이론/모형

사출된 시편의 충격강도는 ASTM D256 규격에 따라 노치 (notch)를 만든후 Toyoseiki Izod 충격시험기를 사용하여 측정하였다. 인장강도는 ASTM D638 규격에 의거 Shimazu 사의 만능재료 시험기를 사용하여 측정하였다.
사용하여 측정하였다. 인장강도는 ASTM D638 규격에 의거 Shimazu 사의 만능재료 시험기를 사용하여 측정하였다.

성능/효과

아울러 사출온도 변화에 따라 충격강도의 변화도 측정하였다. PC/ABS/TPP 블렌드의 경우는 온도의 상승에 의해 충격강도의 급격한 저하를 나타내었고, PC/ABS/TPP/MBE의 경우는 온도 상승에 관계없이 충격강도가 유지되었다. 이는 MBE의 상용화제 역할에 의한 미세한 모폴로지의 유지 여부에 의해 나타나는 결과로 해석된다.
확인하였다. 또한 이들 블렌드의 파괴된 시편의 크레이즈 발생 부위를 관찰한 결과, 분산상의 합체가 많은 블렌드에서 크레이즈가 크고 많이 발생하며 모폴로지가 미세하게 유지된 PC/ABS/TPP/MBE 블렌드의 경우는 크레이즈 짧고 크기도 적음을 관찰하였다. 아울러 사출온도 변화에 따라 충격강도의 변화도 측정하였다.
인계 난연제를 함유한 PC/ABS/TPP 블렌드에서 사출온도의 상승에 따라 분산상이 합체하는 현상이 발생하였으며, 상용화제 역할을 지니는 MBE를 소량 첨가하는 경우에는 사출온도의 상승에 관계없이 양호한 분산을 갖는 모폴로지가 유지되는 것을 확인하였다. 또한 이들 블렌드의 파괴된 시편의 크레이즈 발생 부위를 관찰한 결과, 분산상의 합체가 많은 블렌드에서 크레이즈가 크고 많이 발생하며 모폴로지가 미세하게 유지된 PC/ABS/TPP/MBE 블렌드의 경우는 크레이즈 짧고 크기도 적음을 관찰하였다.

참고문헌 (10)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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