[논문]DMA와 SEM을 사용한 반도전층 재료의 탄성특성과 평활도 측정

양종석; 이경용; 최용성; 박대희

DMA와 SEM을 사용한 반도전층 재료의 탄성특성과 평활도 측정
Modulus Properties and Smoothness Measurement of Semiconducting Materials Using the DMA and SEM 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. C/ C, 전기물성·응용부문, v.54 no.10, 2005년, pp.443 - 448

양종석 (원광대 전기전자및정보공학부) , 이경용 (원광대 전기전자및정보공학부) , 최용성 (원광대 전기전자및정보공학부) , 박대희 (원광대 전기전자 및 정보공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

To measure modulus, damping properties and smoothness of semiconducting materials in power cable, we have investigated those of semiconducting materials showed by changing the content of carbon black. Then they were produced as sheets after pressing for 20 minutes at 180[$^{\circ}C$] with a pressure of 200[kg/cm$^{2}$]. The content of conductive carbon black was the variable, and their contents were 20, 30 and 40[wt$\%$], respectively. The modulus and tans were measured by DMA 2980. The ranges of measurement temperature were from -50[$^{\circ}C$] to 100[$^{\circ}C$] and measurement frequency was 1[Hz3. The modulus of specimens was increased according to a increment of a carbon black content. And modulus was rapidly decreased at the glass transition temperature. The tans of specimens was decreased according to a increment of a carbon black content. The smoothness was measured by JSM-6400. EEA resin from SEM measurement was best the dispersion of carbon back in base resin.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 전력 케이블의 제반 특성에 대한 많은 연구는 대부분 절연층에 국한되어 이루어져 왔다. 따라서 본 연구는 전력 케 이블의 반도 전층에 관한 심층적인 분석을 통해 그 중요성을 전달함으로써 반도 전층의 역할 및 기능에 대한 새로운 인식을 고취하고자 하였다.
본 논문에서는 반도전 재료 내 카본 블랙의 함량에 따른 탄성 특성과 분산성을 측정하였다.
그러나 EEA의 경우 다른 시편에 비해 크기는 다소 차이가 있지만 방사적으로 매트릭스를 형성하며 우수한 분산성을 보이고 있다 (7, 8].이것온 DMA측정 실험에서도 우수한 베이스 수지였던 EEA의 결과를 뒷받침 한다.

제안 방법

이 장비는 가속된 전자beam을 시료 위에 주사시켜 시료로부터 튀어나온 2차전자, 방산란 전자, 엑스선을 이용하여 scintillater에 검출된다. 2차전자는 광전증배관으로 운반되어 여기서 신호가 증폭된 후 다시 video amplifier에서 영상 신호 증폭을 거친 후 CRT에서 시료 표면의 미세한 요철상, 조정상을 관찰하게 되며 엑스선을 이용하여 마이크론 부분에 대한 성분 분석을 하게 된다.
시편들의 표면에 분포하는 카본 블랙의 분산성을 측정하기 위해 도입된 장비는 SEM (Scannng Electron Microscope, 주사전자현미경)이다. 5000배율에서 측정된 본 실험은 카본 블랙의 형태, 성장 모양 및 분산도를 제공해 주었다. 이 장비는 가속된 전자beam을 시료 위에 주사시켜 시료로부터 튀어나온 2차전자, 방산란 전자, 엑스선을 이용하여 scintillater에 검출된다.
반도 전층은 첨가하는 카본 블랙의 종류와 첨가량에 따라 전기적 특성뿐만 아니라 열적, 기계적 및 구조적 특성에도 많은 영향을 미친다. 따라서 반도 전층이 전력 케이블 내에서 제 역할을 충분히 발휘하기 위해서는 적정 카본 블랙의 함량에 따른 열적, 기계적 및 구조적 특성이 요구된다[2] 따라서 본 논문에서는 카본 블랙의 함량에 따른 반도 전층의 탄성율, 에너지손살 (tan6) 및 분산성을 측정하여 적정 카본 블랙을 선정하였다.
이들 재료의 조성비는 표 1과 같다. 표 1에서 보는 바와 같이 본 논문에서는 도전성 카본 블랙 (아세틸렌 블랙)의 함량을 변수로 하였으며 그 함량은 각각 20[wt%], 30[wt%] 그리고 40[wt%] 이었다. 그리고 편의상 측정용 시료를 숫자로 명명하였다.

대상 데이터

본 논문에서는 EVA, EEA, EBA를 기본 재료로 사용하였다. 이들 재료의 조성비는 표 1과 같다.

이론/모형

시편들의 표면에 분포하는 카본 블랙의 분산성을 측정하기 위해 도입된 장비는 SEM (Scannng Electron Microscope, 주사전자현미경)이다. 5000배율에서 측정된 본 실험은 카본 블랙의 형태, 성장 모양 및 분산도를 제공해 주었다.

성능/효과

1) DMA 실험에서 저장탄성률은 카본 블랙의 함량이 중가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있었다. 그리고 카본 블랙의 함량이 중가함에 따라 손실 탄성률이 증가하는 것을 알 수 있었다.
2) SEM 실험에서 EEA의 경우 다른 반도 전 재료에 비해 대체적으로 크기는 다소 차이가 있었지만 방사적으로 매트릭스를 형성하며 분포하는 것을 알 수 있었다. 즉 EEA가 우수한 분산성을 보였다.
1) DMA 실험에서 저장탄성률은 카본 블랙의 함량이 중가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있었다. 그리고 카본 블랙의 함량이 중가함에 따라 손실 탄성률이 증가하는 것을 알 수 있었다. 끝으로 에너지의 손살을 측정하기 위한 살험에서 시편들은 카본 블랙의 함량이 증가함에 따라 tan6가 감소하였고 EEA의 tan&가 다른 시편들보다 가장 낮은 것을 알수 았었다.
그리고 카본 블랙의 함량이 중가함에 따라 손실 탄성률이 증가하는 것을 알 수 있었다. 끝으로 에너지의 손살을 측정하기 위한 살험에서 시편들은 카본 블랙의 함량이 증가함에 따라 tan6가 감소하였고 EEA의 tan&가 다른 시편들보다 가장 낮은 것을 알수 았었다. 이것은 시편들 중에서 EEA가 에너지 손실률이 가장 적다는 것을 의미한다.
이것은 온도가 상승하기 이전의 우수한 저장탄성률을 보였던 EVA는 온도의 상승에 따라 저장탄성률이 감소하여 기계적 특성이 감소한다는 것을 의미한다. 반면 EEA는 초기(유리전이 온도 이전)에 EVA에 비해 저장탄성률이 다소 낮았지만, 온도의 상승에 따라 보여준 저장탄성률의 변화는 다른 시편들보다 우수하게 나타났다. 이러한 현상은 EEA가 다른 시편들에 비해 우수한 열적 및 기계적 특성을 갖고 있음을 시사해주는 결과라고 하겠다.
위 실험 결과로부터 시편들 중 우수한 복합재료는 EEA였다.
2) SEM 실험에서 EEA의 경우 다른 반도 전 재료에 비해 대체적으로 크기는 다소 차이가 있었지만 방사적으로 매트릭스를 형성하며 분포하는 것을 알 수 있었다. 즉 EEA가 우수한 분산성을 보였다.

참고문헌 (8)

C. R. Anil Kumar, S. Deepa, A. K. Mishra and R. Sarathi,' Investigation into the failure of XLPE cables due to electrical treeing: a physico chemical approach', Polymer Testing, Vol. 22, No 3, pp. 313-318, 2003

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한재홍, 김상준, 권오형, 강희태, 서광석, '반도전층내 불순물이 전력케이블의 신뢰도에 미치는 영향', 전기학회논문지, Vol.46, No.1, 1997
전용구, 김재경, 함덕순, 김진석, 'EVA의 Vinyl Acetate 함량변화에 따른 열적-기계적 성질 실험', Polymer (korea), Vol. 15, No. 4, pp. 402-410, 1991
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A. Marcilla, J. A. Reyes-Labarta and F. J. Sempere, 'DSC kinetic study of the transitions involved in the thermal treatment of polymers. Methodological considerations', Polymer, Vol. 42, No. 12, pp. 5343-5350, June 2001

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김성철 외, 고분자공학 I, 희중당, 1994, pp. 2-337
M. Nafaa and H. Pavlos, 'Miscibility behaviour of ethylene vinylacetate/Novolac blends', Polymer, Vol. 36, No. 11, pp. 2165-2171, 1995

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S. L. Greene, ''Smoothness Evaluation of Clean Furnace Carbon Blacks', IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 10, No.2, pp. 23-29, 1994

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