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문제 정의
- 따라서, 이 연구에서는 PBS 어망을 편망한 후 열처리 온도와 시간에 따른 망사의 강도와 신장률의 변화, 어망의 부풀기 등 상호 관련성을 검토하는 데 그 목적이 있으며, 부가적으로 매듭단계별 강도와 신장률의 변화에 대해서 검토하였다. 이를 위해 중량 기준 PBS 95%와 PBAT 5%를 중합하여 단일 수지로 만든 후 6.
- 본 연구에서는 생분해성 PBS 어망을 생산함에 있어 열처리 공정을 정립하기 위하여 직경 0.304mm의 PBS 모노필라멘트사를 이중매듭으로 편망한 후 고압 습식 열처리기로 온도 55－75°C까지 5°C 간격으로 20분간 안정화시켰을 때의 파단 강도, 신장률, 매듭의 결절상태 및 어망의 부품 정도 등을 비교 분석한 결과이다.
제안 방법
- 3mm의 노즐을 통해 30가닥을 압출한 후 다단연신과 이완단계과정을 거쳐 제조하였다. 1차, 2차, 3차, 4차의 각 단계별 godet roller 속도는 각각 14.7m/min,54m/min, 100m/min, 93m/min였으며, 모노필라멘트사는 각각의 보빈에 1가닥씩 권취하였다.
- PBS 수지를 이용하여 직경 0.304mm의 모노필라멘트사를 방사하여 자망으로 제작한 후 열처리 온도가 망사의 물리적 특성, 매듭상태 및 어망의 높이에 미치는 영향을 조사하였다. 열처리 온도는 55－75°C까지 5°C간격으로 각각 20분간 고압 습식 열처리기로 하였다.
- 매듭의 상태는 광학현미경 (SV－35, Sometech)을 40배로 확대하여 촬영하여 확인하였으며, 용융도 시험은 승온속도를 10°C/min로 하여 온도 40－300°C에서 열특성 분석기 (Q－1000, TA. Instrument)를 이용하여 측정하였다.
- 모노필라멘트사는 200°C에서 용융하여 직경 1.3mm의 노즐을 통해 30가닥을 압출한 후 다단연신과 이완단계과정을 거쳐 제조하였다.
- 시료의 인장시험은 클램프 간격 400mm, 인장속도 400mm/min로 하였다. 시료의 매듭 강도는 상, 하 클램프 부근과 매듭이 없는 곳에서 절단된 실험 결과는 제외하고 시료의 중앙과 매듭에서 절단되는 시료마다 20회씩 측정하여 평균하였다. 강도와 신장률은 최대점과 파단점에서의 값을 측정하였다.
- 측정은 사각수조에 물을 주입한 후 시료를 넣고 수조 길이의 중간 지점 (24－26cm)에서 어망의 높이를 측정하였다. 실험은 시료마다 10회씩 측정하여 평균하였다.
- 어망의 부품 정도는 두께 5mm 아크릴판을 이용하여 사각수조 (50cm×7cm×12cm, L×B×D)를 제작하여 측정하였다.
- 열처리 온도는 55－75°C까지 5°C간격으로 각각 20분간 고압 습식 열처리기로 하였다.
- 열처리는 온도별로 5폭씩 하였으며, 열처리가 끝난 후 건조실에서 온도 40°C로 30분간 습기를 제거하였다.
- 이 실을 이용하여 망목 크기 60mm, 가로 1,263코, 세로 60코가 되도록 기계 편망한 후 고압 습식 열처리기를 이용하여 온도 55°C에서 75°C까지 5°C 간격으로 20분간 안정화시켰다.
- 따라서, 이 연구에서는 PBS 어망을 편망한 후 열처리 온도와 시간에 따른 망사의 강도와 신장률의 변화, 어망의 부풀기 등 상호 관련성을 검토하는 데 그 목적이 있으며, 부가적으로 매듭단계별 강도와 신장률의 변화에 대해서 검토하였다. 이를 위해 중량 기준 PBS 95%와 PBAT 5%를 중합하여 단일 수지로 만든 후 6.8:1의 연신과 정을 거쳐 직경 0.304mm의 모노필라멘트를 방사하였다. 이 실을 이용하여 망목 크기 60mm, 가로 1,263코, 세로 60코가 되도록 기계 편망한 후 고압 습식 열처리기를 이용하여 온도 55°C에서 75°C까지 5°C 간격으로 20분간 안정화시켰다.
- 시료는 어망 (1,263코×60코, L×D)의 중간부분을 길이 54cm (9코×1,263코, L×D)되게 절단하였다. 측정은 사각수조에 물을 주입한 후 시료를 넣고 수조 길이의 중간 지점 (24－26cm)에서 어망의 높이를 측정하였다. 실험은 시료마다 10회씩 측정하여 평균하였다.
- 편망된 어망은 Fig. 1과 같은 고압 습식 열처리기를 이용하여 55°C, 60°C, 65°C, 70°C, 75°C의 온도에서 시료별로 충분한 장력이 미치도록 폭 방향으로 양 끝단을 고정시켜 20분간 안정화시켰다.
대상 데이터
- 시료는 어망 (1,263코×60코, L×D)의 중간부분을 길이 54cm (9코×1,263코, L×D)되게 절단하였다.
- 실험에 사용된 모노필라멘트사는 (주)S－Enpol에서 PBS 95%와 PBAT 5%를 중합하여 방사하였다. 방사된 PBS 모노필라멘트사의 직경은 0.
이론/모형
- 시료의 강도 및 신장률은 정속 인장식 장력계 (Instron 4204, America)를 사용하여 KS K 0412(2005) 시험법을 이용하여 실험하였다. 실험시의 실내온도는 20±2°C, 상대습도는 65±2%였다.
성능/효과
- Fig. 3에서 습시의 모노필라멘트사와 단매듭의 파단 신장률은 건시보다 각각 0.5%, 0.2% 감소한 반면, 이중매듭의 신장률은 0.4% 증가하였다. 습시의 매듭 단계별 파단 신장률을 보면, 단매듭 신장률은 18.
- Fig. 5에서 미처리 PBS 망사의 파단 신장률은 23.2% 정도였으나, 열처리 온도가 올라갈수록 파단 신장률은 감소하였다. 열처리 온도가 65°C 및 70°C 조건에서는 각각 22% 및 21.
- 8에 나타내었다. Fig. 8에서 열처리 이전의 PBS 망사의 DSC 곡선을 보면, 냉결정화 온도 (Tc cold)는 나타나지 않았으며, 용융온도 (Tm)곡선은 매우 완만하게 증가하는 것으로 나타났다. 각 온도별로 열처리한 후 Tm은 매우 예리하게 발달하면서 고온측으로 이동하는 것으로 나타났으며, 각 온도별로 Tm의 피크 강도는 차이가 거의 없는 것으로 나타났다.
- 8에서 열처리 이전의 PBS 망사의 DSC 곡선을 보면, 냉결정화 온도 (Tc cold)는 나타나지 않았으며, 용융온도 (Tm)곡선은 매우 완만하게 증가하는 것으로 나타났다. 각 온도별로 열처리한 후 Tm은 매우 예리하게 발달하면서 고온측으로 이동하는 것으로 나타났으며, 각 온도별로 Tm의 피크 강도는 차이가 거의 없는 것으로 나타났다.
- 건시의 매듭 단계별 강도와 신장률 변화를 보면, 단매듭과 이중매듭의 강도는 모노필라멘트사의 초기 강도에 비해 각각 20.3%, 43.6%로 지수 함수적으로 감소한 반면, 신장률은 각각 26.3%, 10.2%로 감소하였다. 즉, 이중매듭의 강도는 매듭의 단계에 따라 지수 함수적으로 감소하였으나, 신장률은 단매듭 보다 21.
- 7% 감소한 반면, 신장률의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 단매듭으로 하였을 때의 강도는 건시와 습시 모두 최대점에서 파단되었으며, 습시 단매듭의 강도는 건시에 비해 3.7% 감소하였다.
- 또한, 열처리 온도가 65°C 및 70°C 조건에서는 파단 강도와 신장률의 차이가 거의 없는 것으로 나타났으나, 온도 70°C와 75°C 조건에서는 5% 유의수준에서 유의한 차이로 감소되는 것으로 나타났다.
- 매듭 이전의 PBS 모노필라멘트사의 강도는 최대점에 도달한 후 더 신장되다가 파단되는 특성을 보였고, 매듭 이후에는 최대점에 도달함과 동시에 파단되는 것으로 나타났다.
- 4% 증가하였다. 습시의 매듭 단계별 파단 신장률을 보면, 단매듭 신장률은 18.6%로 모노필라멘트사 보다 6.4% 감소한 반면, 이중매듭의 신장률은 23.2%로 단매듭보다 4.6% 증가하였다.
- 습시의 열처리 온도별 파단 강도와 신장률을 분산분석 (analysis of various; ANOVA)으로 검정한 결과, 5% 유의수준에서 유의한 차가 인정되었다. 이를 다시 열처리 온도별로 세분하여 Turkey test로 검정한 결과, 파단 강도와 파단 신장률의 HSD (honestly significant differency test) 값은 각각 1.
- 7%증가하였다. 습시의 최대 강도와 파단 강도는 건시에 비해 각각 4.6% 및 4.7% 감소한 반면, 신장률의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 단매듭으로 하였을 때의 강도는 건시와 습시 모두 최대점에서 파단되었으며, 습시 단매듭의 강도는 건시에 비해 3.
- 열처리 온도가 65°C 및 70°C 조건에서는 각각 22% 및 21.8%로 파단신장률의 차이가 거의 없었으나, 75°C에서는 21.1%로서 70°C에 비해 파단 신장률이 3.2% 정도 감소하였다.
- 열처리 온도가 올라갈수록 매듭의 상태는 외관상 차이가 없는 것으로 나타났으나 매듭을 중심으로 발과 발 사이의 간격이 좁아지면서 어망의 높이도 감소하는 것으로 나타났다. 이는 기계 편망하는 과정에서 매듭의 결절 상태는 견고하나 발에 장력이 가해져 망사가 늘어났다가 열처리하는 과정에서 원 상태로 돌아가기 때문이라 사료되며, 열처리 온도 70°C와 75°C 조건에서의 발의 간격 차이가 거의 없는 것으로 보아 70°C이상의 온도에서 열처리 하더라도 발의 간격 차이를 줄이지 못할 것으로 사료된다.
- 열처리 온도에 따른 용융온도의 피크는 거의 일정하였으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 최대 융점 피크 값이 약간 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Kim et al.
- 온도 65°C와 70°C 조건에서의 파단 강도와 신장률은 5%유의수준에서 차이가 없었으나, 온도 70°C와 75°C 조건에서는 유의한 차이가 나타났다.
- 이상의 결과에서 생분해성 PBS 모노필라멘트사로 편망한 후 고압 습식기로 열처리기 함에 있어서 열처리 온도는 70°C가 적합함을 알수있었으며, 습식 열처리기를 이용할 때에는 열처리온도를 약간 낮추는 대신 열처리 시간을 길게 하는 방안도 대안이 될 수 있다고 사료되었다.
- 9%였다. 이중매듭으로 된 PBS모노필라멘트사의 파단 강도와 신장률은 열처리 온도가 올라갈수록 감소하였으며, 신장률 보다 강도의 감소 비율이 높게 나타났다. 온도 65°C와 70°C 조건에서의 파단 강도와 신장률은 5%유의수준에서 차이가 없었으나, 온도 70°C와 75°C 조건에서는 유의한 차이가 나타났다.
- 2%로 감소하였다. 즉, 이중매듭의 강도는 매듭의 단계에 따라 지수 함수적으로 감소하였으나, 신장률은 단매듭 보다 21.8% 증가하는 것으로 나타났다. 이는 이중매듭 내부의 빈공간이 단매듭보다 상대적으로 많이 존재하기 때문에 일정한 장력을 지속적으로 주면 그 공간이 좁혀지면서 신장률이 증가하나 강도는 절대적 크기이므로 지수 함수적으로 감소하는 데 기인하는 것이라 사료된다.
- 파단 강도는 열처리 온도 0°C와 55°C, 0°C와 60°C, 0°C와 65°C, 0°C와 70°C, 0°C와 75°C, 55°C와 75°C, 60°C와 75°C, 65°C와 75°C에서 유의한 차가 인정되었으며, 그 이외의 구간에서는 유의한 차가 나타나지 않았다.
- 편망 후 70°C 온도에서 20분간 고압 습식 열처리를 할 때 물성이 우수한 PBS 모노필라멘트 자망을 제조할 수 있음을 알 수 있었다.
- 편망 후 열처리 온도가 올라갈수록 파단 강도와 신장률은 감소하며, 파단 강도의 감소 비율은 신장률 감소 비율 보다 높게 나타났다. 또한, 열처리 온도가 65°C 및 70°C 조건에서는 파단 강도와 신장률의 차이가 거의 없는 것으로 나타났으나, 온도 70°C와 75°C 조건에서는 5% 유의수준에서 유의한 차이로 감소되는 것으로 나타났다.
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