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
- 보강 고무 시험편을 사용하면 충전제의 영향이 회복 거동에 크게 영향을 주기 때문에, 본 연구에서는 고무 종류에 따른 회복 특성을 비교하기 위해 충전제를 함유하지 않은 비보강 NR, SBR, BR 가황물을 준비하여 실험하였다. 노화 온도는 상온, 50 ℃, 70 ℃, 90 ℃였으며, 노화 기간은 동일하게 10일로 고정하였다.
제안 방법
- 그리고 유기 물질이 추출된 고무의 무게를 측정하였다. 건조시킨 고무를 톨루엔에 담궈 팽윤시킨 후 고무의 무게를 측정하였다. 팽윤비(Q)는 Q = (Ws-Wu)/Wu로 계산되었다.
- 노화 후 시험편은 노화 후 1일된 시험편을 사용하였다. 고무 시험편을 THF에 3일, n-hexane에 2일 동안 담궈 고무 안에 들어 있는 유기 첨가물을 추출하였으며 상온에서 2일 동안 건조시켰다. 그리고 유기 물질이 추출된 고무의 무게를 측정하였다.
- 5, 1, 4, 7, 10, 15, 20, 30일 후에 버니어 캘리퍼스를 사용하여 각 고무의 양 끝 거리를 측정한다. 고무 시험편을 각각 세 개씩 측정하여 평균을 구하였다.
- 고무 시험편을 THF에 3일, n-hexane에 2일 동안 담궈 고무 안에 들어 있는 유기 첨가물을 추출하였으며 상온에서 2일 동안 건조시켰다. 그리고 유기 물질이 추출된 고무의 무게를 측정하였다. 건조시킨 고무를 톨루엔에 담궈 팽윤시킨 후 고무의 무게를 측정하였다.
- 마지막으로 노화된 고무의 핀을 제거하고 6.9×10-3, 2.1×10-2, 4.2×10-2, 0.16, 0.33, 0.5, 1, 4, 7, 10, 15, 20, 30일 후에 버니어 캘리퍼스를 사용하여 각 고무의 양 끝 거리를 측정한다.
- 보통 팽윤비의 역수 (1/Q)를 겉보기 가교밀도로 사용한다. 본 실험에서는 노화 전 고무 시험편과 각각의 노화 온도에서 10일 동안 노화 시킨 고무 시험편, 그리고 노화 후 30일 동안 상온 방치한 고무 시험편의 가교밀도를 측정하여 비교하였으며, 시험편은 각각 세 개씩 측정하여 평균값을 구하였다.
- 둘째, 직선 시험편을 원형으로 말아 양 끝을 스테이플러 핀으로 고정한다. 셋째, 변형 시킨 고무 시험편을 상온에서 10일 동안 노화 시키고, 오븐에서 50, 70, 90 ℃에서 10일 동안 노화시킨다. 마지막으로 노화된 고무의 핀을 제거하고 6.
- 열 노화에 의한 비보강 NR, SBR, BR 가황물의 원형 변형으로부터의 회복 거동을 알아보기 위해 노화 후 핀을 제거하고 6.9×10-3일 (10분)부터 30일까지의 측정 시간에 따라 고무의 양 끝 거리를 측정하였다.
- 노화 온도는 상온, 50 ℃, 70 ℃, 90 ℃였으며, 노화 기간은 동일하게 10일로 고정하였다. 영구 변형의 주요 원인으로 가교밀도를 들 수 있으므로, 노화 후 가교밀도 변화를 측정하였다.
대상 데이터
- 자세한 사항은 이미 보고된 문헌에 나와 있다.1,4 첫째, 두께가2 mm인 고무 시험편을 인장 방향으로 100 mm, 폭 8 mm로 자른다. 둘째, 직선 시험편을 원형으로 말아 양 끝을 스테이플러 핀으로 고정한다.
- 4 phr)으로 이루어졌다. SMR20, SBR1500 (금호석유화학), BR01 (금호석유화학)을 각각 NR, SBR, BR로 사용하였다. 고무 배합은 Banbury 배합기를 사용하여 실행하였고, 시험편은 두께 2 mm 인장 시험편 몰드를 이용하여 제조하였다.
- 고무 가황물은 고무 (NR, SBR, 혹은 BR, 100.0 phr), 산화 아연 (2.0 phr), 스테아르산 (2.0 phr), 가황 촉진제 (N-tert-butyl-2-benzothiazole sulfenamide, TBBS, 1.6 phr), 황 (1.4 phr)으로 이루어졌다. SMR20, SBR1500 (금호석유화학), BR01 (금호석유화학)을 각각 NR, SBR, BR로 사용하였다.
- SMR20, SBR1500 (금호석유화학), BR01 (금호석유화학)을 각각 NR, SBR, BR로 사용하였다. 고무 배합은 Banbury 배합기를 사용하여 실행하였고, 시험편은 두께 2 mm 인장 시험편 몰드를 이용하여 제조하였다.
- 노화 전 후 각 시험편의 가교 밀도 측정은 팽윤법을 사용하였다. 노화 후 시험편은 노화 후 1일된 시험편을 사용하였다. 고무 시험편을 THF에 3일, n-hexane에 2일 동안 담궈 고무 안에 들어 있는 유기 첨가물을 추출하였으며 상온에서 2일 동안 건조시켰다.
이론/모형
- 노화 전 후 각 시험편의 가교 밀도 측정은 팽윤법을 사용하였다. 노화 후 시험편은 노화 후 1일된 시험편을 사용하였다.
성능/효과
- 초기 회복률은 BR이 98% 정도였고, NR과 SBR은 94% 정도였다. 30일 후의 회복률은 BR의 경우에는 거의 100% 정도였고, NR과 SBR은 98% 정도였다. Figure 3은 70 ℃에서 노화 시킨 시험편의 원형 변형으로부터의 회복 거동을 보여주고 있다.
- 그리고 SBR가황물은 상온이나 50 ℃노화 실험에서는 NR 가황물과 비슷한 회복 거동을 보여주었으나, 70 ℃ 노화에서는 NR가황물에 비해 회복률이 낮게 나타남을 알 수 있다. 70 ℃ 노화에서의 초기 회복률은 NR, SBR, BR 가황물이 각기 86, 80, 91% 정도였으며, 30일 후의 회복률은 NR은 90%를 넘었으나 SBR은 90% 미만이었다. Figure 4는 90 ℃에서 노화 시킨 시험편의 원형 변형으로부터의 회복 거동을 나타내고 있다.
- Figure 1은 상온에서 노화시킨 시험편의 원형 변형으로부터의 회복 거동을 보여주고 있다. BR 가황물의 회복률은 NR이나 SBR 가황물의 회복률보다 높게 나타났다. BR가황물은 초기부터 거의 100%에 가까운 회복률을 보였다.
- 원형 변형 시험법으로 비보강 고무가황물의 회복 거동에 대한 직선 식을 얻을 수 있었고, 비교적 우수한 상관 계수를 나타냄으로써 매우 짧은 시간 내의 회복률인 순간 회복률을 구할 수 있었다. BR의 순간 회복률이 다른 것에 비해 우수하였고, SBR의 순간 회복률이 가장 낮았다. 순간 회복률의 차이는 노화에 의한 가교 밀도의 증가 폭 이외에 고무의 반발 탄성 특성과 SBR의 고분자 사슬의 유동성 등으로 설명하였다.
- 이는 상온에서 30일 간 방치는 가교밀도에 의미 있는 영향을 주지 않는 것을 의미한다. NR, SBR, BR 시험편 중, 고온 가속 노화 후 가교밀도가 가장 크게 증가한 것은 SBR 가황물이었으며, 그 다음이 NR 가황물이고 BR 가황물의 가교 밀도 증가가 가장 작았다. 가교밀도 변화는 물성의 변화를 일으키고 영구 변형을 유발시킨다.
- 상온, 50 ℃, 70 ℃에서 노화시킨 경우, BR가황물의 회복률이 가장 높았다. NR가황물과 SBR가황물의 회복률은 상온과 50 ℃ 노화에서는 비슷하게 나타났으나, 70 ℃와 90 ℃ 가속 노화에서는 NR이 SBR보다 월등히 우수한 회복 거동을 보였다. 또한 NR은 90 ℃ 가속 노화에서 BR보다 우수한 회복 거동을 보였다.
- Figure 4는 90 ℃에서 노화 시킨 시험편의 원형 변형으로부터의 회복 거동을 나타내고 있다. SBR 가황물의 회복률은 NR이나 BR 가황물의 회복률보다 매우 낮게 나타났으며, 초기 회복률은 50%를 약간 웃돌고 30일 후에도 60%를 약간 웃도는 정도로 그쳤다. 반면, NR의 경우에는 70 ℃까지의 노화에서는 BR에 비해 현저히 낮은 회복률을 보였지만, 90 ℃ 노화에서는 BR보다 우수한 회복률을 보였다.
- 즉, 회복률이 낮은 경우는 대체적으로 가교밀도 변화 폭이 상대적으로 컸다. SBR이 다른 고무에 비해 회복률이 작았고 가교밀도 증가 폭은 가장 컸다. 가교밀도 변화 이외에 고무의 반발 탄성 특성도 회복률에 영향을 줄 것으로 여겨진다.
- 이는 가교밀도 변화 정도로 설명할 수 있다. 고무 가황물의 가교밀도는 전반적으로 노화 후 증가하는 경향을 보였으나, 상온과 50 ℃에서 10일간의 노화 후에는 가교밀도 변화가 거의 관찰되지 않았다. 70℃ 와 90 ℃ 노화 후에는 가교밀도 증가가 뚜렷이 나타났다.
- 상온과 50 ℃ 노화 실험 결과와 마찬가지로 BR 가황물의 회복률이 NR이나 SBR 가황물의 회복률보다 더 높게 나타났다. 그리고 SBR가황물은 상온이나 50 ℃노화 실험에서는 NR 가황물과 비슷한 회복 거동을 보여주었으나, 70 ℃ 노화에서는 NR가황물에 비해 회복률이 낮게 나타남을 알 수 있다. 70 ℃ 노화에서의 초기 회복률은 NR, SBR, BR 가황물이 각기 86, 80, 91% 정도였으며, 30일 후의 회복률은 NR은 90%를 넘었으나 SBR은 90% 미만이었다.
- 이는 앞에서 설명한 바와 같이 노화에 의한 가교밀도의 증가 폭과 반발 탄성 특성으로 설명할 수 있다. 노화에 의한 가교밀도의 증가 폭이 BR이 가장 작고 SBR이 가장 컸으며, BR의 반발 탄성이 다른 고무에 비해 상대적으로 우수하다. 가교밀도 변화가 작다는 것은 노화에 의해 기존 가교가 분해되거나 새로운 가교가 형성된 정도가 적다는 것을 의미하므로 영구 변형이 적게 일어났다고 볼 수 있다.
- BR가황물의 순간 회복률이 가장 높으며 SBR가황물이 가장 낮음을 알 수 있다. 따라서 BR가황물이 열 노화에 의한 영향이 가장 적음을 알 수 있고, SBR가황물이 열 노화에 의한 영향이 가장 컸음을 알 수 있다. 이는 앞에서 설명한 바와 같이 노화에 의한 가교밀도의 증가 폭과 반발 탄성 특성으로 설명할 수 있다.
- 하지만 외부 힘에 의한 변형 후 1 초 이내의 순간 회복률은 실험으로 측정하기 매우 곤란하다. 본 연구에서 사용한 원형 변형 시험법에서 얻은 시간에 따른 회복률의 변화는 우수한 직선 관계를 보이므로 외삽에 의해 1 초보다 짧은 시간의 순간 회복률을 구할 수 있다.4 본 연구에서 얻은 회복률과 측정 시간과의 직선성은 Table 1에서 보는 바와 같이 비교적 우수하였다.
- Figure 2는 50 ℃에서 노화시킨 시험편의 원형 변형으로부터의 회복 거동이다. 상온 노화 실험과 마찬가지로 BR 가황물의 회복률이 NR과 SBR 가황물의 회복률보다 월등히 높게 나타났다. 노화 온도가 비교적 낮아 회복이 거의 다 이루어졌다.
- NR과 SBR 가황물도 초기 회복률이 98% 이상이었다. 상온 노화 실험에서는 초기 회복률이 98%이상으로 나타남으로써 고무가 노화에 의한 변형이 거의 일어나지 않음을 알 수 있었다. 고온 가속 노화 결과와 비교하기 위해 동일한 기간 동안에 상온에서 노화 실험을 진행하였으나 거의 변형이 일어나지 않았다.
- Figure 3은 70 ℃에서 노화 시킨 시험편의 원형 변형으로부터의 회복 거동을 보여주고 있다. 상온과 50 ℃ 노화 실험 결과와 마찬가지로 BR 가황물의 회복률이 NR이나 SBR 가황물의 회복률보다 더 높게 나타났다. 그리고 SBR가황물은 상온이나 50 ℃노화 실험에서는 NR 가황물과 비슷한 회복 거동을 보여주었으나, 70 ℃ 노화에서는 NR가황물에 비해 회복률이 낮게 나타남을 알 수 있다.
- 실험 결과에서 보아 알 수 있듯이, 노화 온도가 높을수록 고무 가황물의 회복률은 감소하였다. 이는 가교밀도 변화 정도로 설명할 수 있다.
- 원형 변형 시험법은 측정 시간에 따른 고무의 회복률이 우수한 직선적 관계를 보이므로 고무의 순간 회복률을 측정하기 위한 좋은 시험법으로 증명되었다. 실험에 사용된 모든 고무 가황물의 회복률은 노화 온도가 높아질수록 감소되었다. 상온, 50 ℃, 70 ℃에서 노화시킨 경우, BR가황물의 회복률이 가장 높았다.
- 열 노화 후 SBR가황물이 NR과 BR가황물보다 회복률이 낮은 이유는 열 노화 후 겉보기 가교밀도 변화량이 NR과 BR 가황물에 비해 크게 나타나는 것으로 설명된다. 원형 변형 시험법으로 비보강 고무가황물의 회복 거동에 대한 직선 식을 얻을 수 있었고, 비교적 우수한 상관 계수를 나타냄으로써 매우 짧은 시간 내의 회복률인 순간 회복률을 구할 수 있었다. BR의 순간 회복률이 다른 것에 비해 우수하였고, SBR의 순간 회복률이 가장 낮았다.
후속연구
- 제품의 설계 단계에 있어서 제품의 노화에 관한 충분한 고려가 이루어져야 하나, 고무 소재의 상온 노화는 수 년 이상의 기간이 필요하다. 따라서 고온 가속 노화 실험을 이용하여 실험 시간을 단축 시킬 수 있고, 그 실험 결과를 바탕으로 상온에서의 수명을 예측할 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.