고분자 단독으로는 얻을 수 없는 다양한 물성을 얻기 위하여 두 가지 이상의 고분자를 블렌드하는 기법을 많이 사용하고 있다. 폴리올레핀계 TPE(Thermoplastic Elastomer)는 디스플레이, 자동차, 가전제품 등에 널리 사용되고 있다. 소비자는 고감성이고 고급화된 자동차 내장부품을 요구한다. 높은 폼형성도와 흐름성이 있는 고분자소재 개발이 필요하다. 내부에 폼층이 있는 TPE은 좋은 고분자소재이다. 두 종류의 TPE 소재를 개발하였다. 첫번째 소재는 Homo-PP(PolyPropylelne)에 SEBS/Oil을 혼합하였고, 두 번째 소재는 Co-PP와 SEBS/Oil을 혼합하였다. 혼합온도는 $180^{\circ}C$, $190^{\circ}C$. $260^{\circ}C$(두번째 소재), 혼합속도는 50rpm, 혼합시간은 5분이다. TPE의 MI(Melt Index)는 PP의 MI에 영향이 있고, 혼합온도의 영향은 미미하였다. 경도와 인장탄성률은 PP의 MI와 혼합온도의 영향은 적었으나, SEBS/Oil의 비율이 높아지면 낮아졌다. 소프트터치감은 SEBS/Oil의 비율이 증가하면 증대하였다. TPE릉 자일렌으로 SEBS/Oil 층을 녹여내어 IPN(Interpenentration polymernetwork) 구조를 확인할 수 있었으며, Strain-harding 현상도 확인하였다. 제조한 TPE가 고무현상을 보이고, 생성된 closed cell이 안정한 상태임을 알 수 있다.
고분자 단독으로는 얻을 수 없는 다양한 물성을 얻기 위하여 두 가지 이상의 고분자를 블렌드하는 기법을 많이 사용하고 있다. 폴리올레핀계 TPE(Thermoplastic Elastomer)는 디스플레이, 자동차, 가전제품 등에 널리 사용되고 있다. 소비자는 고감성이고 고급화된 자동차 내장부품을 요구한다. 높은 폼형성도와 흐름성이 있는 고분자소재 개발이 필요하다. 내부에 폼층이 있는 TPE은 좋은 고분자소재이다. 두 종류의 TPE 소재를 개발하였다. 첫번째 소재는 Homo-PP(PolyPropylelne)에 SEBS/Oil을 혼합하였고, 두 번째 소재는 Co-PP와 SEBS/Oil을 혼합하였다. 혼합온도는 $180^{\circ}C$, $190^{\circ}C$. $260^{\circ}C$(두번째 소재), 혼합속도는 50rpm, 혼합시간은 5분이다. TPE의 MI(Melt Index)는 PP의 MI에 영향이 있고, 혼합온도의 영향은 미미하였다. 경도와 인장탄성률은 PP의 MI와 혼합온도의 영향은 적었으나, SEBS/Oil의 비율이 높아지면 낮아졌다. 소프트터치감은 SEBS/Oil의 비율이 증가하면 증대하였다. TPE릉 자일렌으로 SEBS/Oil 층을 녹여내어 IPN(Interpenentration polymer network) 구조를 확인할 수 있었으며, Strain-harding 현상도 확인하였다. 제조한 TPE가 고무현상을 보이고, 생성된 closed cell이 안정한 상태임을 알 수 있다.
New physical properties of polymer materials were obtained by blending two or three different type of polymers. TPE is used widely in the display, automotive and electronics industries. Consumers have sought emotionally more sensitive and advanced interior automotive parts. A polymer with high foami...
New physical properties of polymer materials were obtained by blending two or three different type of polymers. TPE is used widely in the display, automotive and electronics industries. Consumers have sought emotionally more sensitive and advanced interior automotive parts. A polymer with high foamibility (Ed note: Please check this.) and flowability would be more plausible. TPE composed of foam is a good polymer material to satisfy these trends. In this research, two different TPE were tested, focusing on foamibility and flowability. Two type of TPE were prepared. The first was blended Homo-PP, oil and SEBS. The second was Co-PP, oil and SEBS. The blending temperatures were $180^{\circ}C$, $190^{\circ}C$, and $260^{\circ}C$(second one). The blending speed was 50rpm and blending time was 5 min. The MI of the blended material was affected by the MI of PP and not affected by the blending temperature. The hardness and tensile elasticity were less affected by the MI of PP and blending temperature. The hardness and tensile elasticity were lower at a higher SEBS/Oil content ratio. The soft touch feel was higher with high SEBS/Oil contents. The IPN (Interpenentration polymer network) structure was observed by dissolving the SEBS/Oil layer in xylene. Strain-hardening phenomena also was observed. TPE behaves in a rubber and foamed closed-cell improved its stability.
New physical properties of polymer materials were obtained by blending two or three different type of polymers. TPE is used widely in the display, automotive and electronics industries. Consumers have sought emotionally more sensitive and advanced interior automotive parts. A polymer with high foamibility (Ed note: Please check this.) and flowability would be more plausible. TPE composed of foam is a good polymer material to satisfy these trends. In this research, two different TPE were tested, focusing on foamibility and flowability. Two type of TPE were prepared. The first was blended Homo-PP, oil and SEBS. The second was Co-PP, oil and SEBS. The blending temperatures were $180^{\circ}C$, $190^{\circ}C$, and $260^{\circ}C$(second one). The blending speed was 50rpm and blending time was 5 min. The MI of the blended material was affected by the MI of PP and not affected by the blending temperature. The hardness and tensile elasticity were less affected by the MI of PP and blending temperature. The hardness and tensile elasticity were lower at a higher SEBS/Oil content ratio. The soft touch feel was higher with high SEBS/Oil contents. The IPN (Interpenentration polymer network) structure was observed by dissolving the SEBS/Oil layer in xylene. Strain-hardening phenomena also was observed. TPE behaves in a rubber and foamed closed-cell improved its stability.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 자동차 인테리어 부품인 도어트림의 감성품질을 향상하기 위하여 TPE 발포에서 안정적인 폼을 유지하고, closed-cell 구조를 갖는 소프트터치감이 우수한 TPE소재의 혼합 방법 대하여 연구하였다.
제안 방법
경도가 낮은 고무와 elastomer 등을 측정할 때 사용하는 Shore A경도계를 이용하였다. 1) 혼합한 시편을 원형이고 높이가 3mm 형태로 제작 2) 시편을 수평면에 놓고, 시편과 수직 방향으로 압침을 위치 3) Shore A경도계의 압침을 일정한 힘으로 가하고, 압침이 들어갔을 때의 측정값을 기록하였다.
PP와 SEBS의 혼합온도, 조성, 혼합시간을 설정하기 위하여 DSC를 이용하여 PP의 녹는점을 확인하였다
PP와 같은 조건(230 °C, 2.16 kgf)으로 TPE의 MI를 측정하였다.
Co-PP 실험에서는 260 ℃까지 혼합이 가능하다는 것을 확인 되었으며, 온도조건을 180 ℃, 190 ℃, 260 ℃로 설정하여 실험하였다. PP의 조성은 Homo-pp와 다르게 30wt%까지 감량 할 수 있어, PP의 함량을 70 wt%부터 30 wt%까지 조정하였다. 혼합시간도 Homo-PP와 동일하게 5분으로 설정하였다.
동일한 방법으로 시편을, 인장탄성률 측정 후, Xylene후처리를 하고 SEM 촬영을 하였다. Fig 22는 xylene 처리 전 사진이고, Fig.
금형의 안쪽 면에 TPO 스킨을 붙이고, 다른 반대쪽 면에 기재를 부착한다. 베이스기재 위에 별도의 접착제를 도포한 EL필름 놓고, 금형을 닫은 뒤 TPE를 발포제와 혼합하여 중간층에 주입하여 발포 사출을 한다.
실험에 사용하는 PP의 녹는점은 164℃~167℃ 사이고, 고분자 혼합 가능 온도를 확인하기 위하여 육안으로 블랜딩에 의한 색변화를 관찰하였다. 160℃에서는 색변화가 발생하지 않았으나 175℃부터 색변화현상이 발생하여, 최초 혼합온도을 175℃로 설정하고 HAKKE 믹서를 이용하여 혼합을 하였다.
Homo-PP 실험에서는 175℃에서 혼합되지 않고, 195℃에서 노랗게 열화현상이 발생하였다. 온도조건을 180℃와 190℃로 설정하였으며, PP의 조성이 50 wt%이하에서는 혼합물이 타는 현상이 발생하여 PP의 조성을 70%, 60%, 50%로 설정하였다. 혼합시간은 샘플을 1분, 5분, 10분 씩 DSC 실험결과와 동일한 현상을 보여 5분으로 설정하였다.
인장 특성 중 가장 많이 사용하는 최초 modulus 값인 인장탄성률을 측정하였다. 인장탄성률은 TPE를 발포 할 때 생성되는 셀의 복원력과 관련된 중요한 지표이다.
일반적으로 Tm은 150~165 ℃, Tg는 –50 ℃~-60 ℃ 부근에 있다. 제조 방법에는 단순혼합형태, 동적가황에 의해 고무성분을 부분가교 또는 완전 가교하여 고무탄성을 부여한 가교형태, PP와 올레핀 등과 공중합체형태의 3가지로 구분된다. 폴리올레핀과 EPR이 혼합된 제품이 주이고 원료의 혼합비율에 따라 유연한 형태에서 PP 성질과 유사한 강한 제품까지 상품화되어 출시되고 있다.
온도조건을 180℃와 190℃로 설정하였으며, PP의 조성이 50 wt%이하에서는 혼합물이 타는 현상이 발생하여 PP의 조성을 70%, 60%, 50%로 설정하였다. 혼합시간은 샘플을 1분, 5분, 10분 씩 DSC 실험결과와 동일한 현상을 보여 5분으로 설정하였다.
[19, 20] Bertil등[15,16]의 연구에서 순순한 PP에 SEBS와 오일을 혼합하면 TPE가 생성되고 이때 생성된 TPE의 녹는점이 낮아지고, 용융점 저하가 SEBS와 오일이 균일상을 형성 한다고 보고하였다. 혼합할 때 토크가 일정해지면 1분, 5분, 10분 기준으로 순수한 PP와 혼합한 샘플의 녹는점 변화를 확인하여 혼합정도를 확인 하였다.
대상 데이터
또한 SEBS는 탈폴(TALPOL) 사의 제조한 SEBS 6150으로 스타이렌의 함량이 최소 27.5%에서 30.5%가 인 것을 사용하였으며 오일은 쉘카텍스오일(Shell Catenex Oil) T 145을 사용하였다.
본 연구에서는 사용된 원료는 3종의 Homo PP와 3종의 Block co-PP, SEBS 1종과 오일 100phr를 사용하였다.
TPE는 형태적, 화학적 특징에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다. 사용 재료에 따라 스타이렌계 열가소성 탄성체(thermoplastic styrenic block copolymer, SBC), 올레핀계 열가소성탄성체(thermoplastic olefinic elastomer, TPO), 우레탄계 열가소성 탄성체(thermoplastic polyurethane,TPU), 아미드계 열가소성 탄성체(thermoplastic polyamide elastomer, TPAE), 폴리에스터계 열가소성 탄성체(thermoplastic polyester elastomer, TPEE) 등으로 구분된다.[8-9]
사용 한 Homo PP는 Lotte Chemical 사에서 제조한 MI가 각각 0.5 g/min, 10 g/min, 25 g/min인 B-110, J-150, SJ-170이고 Co-PP는 MI가 각각 10 g/min, 60 g/min, 80 g/min인 JM-350, JM-380, JM-390 이다.
측정시료는 ASTM D412 a06 – Die C type 로 제작하여 사용하였다.
이론/모형
MI(Melt Index)는 Tinius Olsen사의 MP600 모델을 사용하여 측정하였으며, 경도는 Asker사의 A-type 경도계를 이용하였다. 인장강도는 Daekyung Tech & Testers사의 DTU-900MHA 모델인 UTM(Universal Test Machine)을 사용하였고, 고분자 물질의 혼합을 위하여 Thermo Fisher Scientific사의 QC Mixer 3000 모델인 HAKKE 믹서를 사용하였고, TA instrument사의 DSCQ20으로 고분자 물성을 측정하였다.
PP의 MI는 ASTM D1238규격으로 측정하였다. PP와 같은 조건(230 °C, 2.
UTM 장치를 이용하여 ASTM D412 규격으로 측정하였다. 측정시료는 ASTM D412 a06 – Die C type 로 제작하여 사용하였다.
경도가 낮은 고무와 elastomer 등을 측정할 때 사용하는 Shore A경도계를 이용하였다. 1) 혼합한 시편을 원형이고 높이가 3mm 형태로 제작 2) 시편을 수평면에 놓고, 시편과 수직 방향으로 압침을 위치 3) Shore A경도계의 압침을 일정한 힘으로 가하고, 압침이 들어갔을 때의 측정값을 기록하였다.
인장강도는 Daekyung Tech & Testers사의 DTU-900MHA 모델인 UTM(Universal Test Machine)을 사용하였고, 고분자 물질의 혼합을 위하여 Thermo Fisher Scientific사의 QC Mixer 3000 모델인 HAKKE 믹서를 사용하였고, TA instrument사의 DSCQ20으로 고분자 물성을 측정하였다.
성능/효과
1. 여러 조성비를 가진 Homo PP/SEBS 혼합물의 MI를 측정한 결과, TPE의 MI는 순수한 PP의 MI에에 절대적인 영향을 받으며, 혼합온도의 영향은 미미하였다. 또한 SEBS/Oil의 함량이 많을수록 MI가 높아져 흐름성이 증가하는 경향을 보였다.
2. 경도와 인장탄성률인 경우, 기재인 Homo-PP와 Co-PP 둘 다 순수한 PP의 MI와 혼합온도의 영향은 적으며, SEBS/Oil의 함량이 많을수록 경도와 인장탄성률 둘 다 낮아지며, SEBS/Oil 함량이 증가하면 소프트터치감이 증가한다.
3. PP와 SEBS/Oil의 혼합물인 TPE를 xylene에 녹여 SEBS/Oil를 제거하고 남은 PP의 구조를 SEM을 통하여 확인 한 결과, TPE는 IPN구조를 이루고있고, 상온과 고온에서 strain-hardening현상을 보이고 있다. 이는 TPE가 고무의 거동을 보이고, 발포시 closed-cell을 형성되어 셀을 안정적으로 유지하는 것으로 판단된다.
23은 xylene 후 처리 후결과이다. SEBS를 완전히 녹여내지 못하였으나 xylene 처리, 전 후의 표면을 비교하여 보면, PP의 네트워크 구조를 확인 할 있어, IPN구조를 형성하는 것을 알 수 있었다.
혼합온도의 영향도 180 °C와 190 °C에서는 나타나지 않았다. SEBS의 함량 차이에 의한 경도 변화가 있으며, SEBS의 함량이 많을수록 경도가 낮아졌다.
Homo-PP와 다르게 혼합온도를 260 °C까지 크게 상승시켰음에도, 혼합온도에 따른 차이도 나타나지 않았다. SEBS의 함량이 많을수록 경도가 낮아지며, PP의 종류에 따른 경도의 영향은 작았다.
혼합온도를 260 °C까지 크게 증대하였지만 혼합온도에 따른 차이도 보이지 않았다. SEBS의 함량이 많을수록 탄성률이 낮아지는 경향을 확인하였다.
기재가 Homo-PP와 Co-PP인 TPE를 비교하여도 SEBS의 함량의 차이에 따라 비슷한 수준의 탄성률을 나타내는 것으로 보아서 PP 종류 에 의한 인장탄성률 변화는 적었다. 경도 값과 인장 탄성률 변화는 동일한 방향성을 가지고 있다 .
여러 조성비를 가진 Homo PP/SEBS 혼합물의 MI를 측정한 결과, TPE의 MI는 순수한 PP의 MI에에 절대적인 영향을 받으며, 혼합온도의 영향은 미미하였다. 또한 SEBS/Oil의 함량이 많을수록 MI가 높아져 흐름성이 증가하는 경향을 보였다.
순수한 PP의 MI에 절대적인 영향을 받는 것으로 나타났다. 순수한 PP보다 SEBS를 섞은 TPE의 MI가 약 2배정도 증가함을 알 수 있었다. 오일과 SEBS의 함량이 많아질수록 TPE의 MI가 높아져 흐름 특성이 증가되는 것을 알 수 있었다.
시편이 IPN구조를 형성하고 있기 때문에 시편의 중간 한 지점에서만 늘어나지 않고, 시편 전체가 늘어나는 현상이 관찰되었다.
순수한 PP보다 SEBS를 섞은 TPE의 MI가 약 2배정도 증가함을 알 수 있었다. 오일과 SEBS의 함량이 많아질수록 TPE의 MI가 높아져 흐름 특성이 증가되는 것을 알 수 있었다. 혼합온도의 영향은 미미하였다
이러한 결과로 미루어 봤을 때 본 연구에서 제조한 TPE는 발포 시에 균일한 closed-cell을 형성하여 strain-hardening 현상이 관찰되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
도어트림의 특징은?
도어트림은 승용차량의 인테리어 부품 중 승객의 안락감, 편의감 안전성을 고려하여 차량의 도어 내부에 장착되어 미관과 승객의 안전에 큰 영향을 끼치는 부품이다. 도어트림의 요구 성능으로는 탑승자의 안전, 안락감 및 편의감을 고려한 감성 성능과 외관, 색상 등의 감성적인 부분과 편의성을 고려한 단열, 차음, 흡음과 함께 내구성, 내열성 및 내충격 흡수성이 우수한 내장부품을 요구하며, 운전자와 탑승자의 안전과 차량과 내장부품의 신뢰성 평가에 많은 영향을 미친다.
최근 도어트림이 주목받는 이유는?
도어트림의 요구 성능으로는 탑승자의 안전, 안락감 및 편의감을 고려한 감성 성능과 외관, 색상 등의 감성적인 부분과 편의성을 고려한 단열, 차음, 흡음과 함께 내구성, 내열성 및 내충격 흡수성이 우수한 내장부품을 요구하며, 운전자와 탑승자의 안전과 차량과 내장부품의 신뢰성 평가에 많은 영향을 미친다. 최근 세계적 고효율, 고안전 차량 요구 증대와, 유럽, 미국 환경규제 강화, 인도, 중국 아프리카 등 신흥 경제국 시장의 경제성장과 맞물려 승용차 시장이 급격히 성장하고 있으며, 차량의 고급화, 내실화 요구도 크게 증대하였다. 차량의 인테리어 부품의 고급화 추세에 따라 내장부품의 고급화와 경량화가 추세도 증대하고 있다.
도어트림의 요구 성능은?
도어트림은 승용차량의 인테리어 부품 중 승객의 안락감, 편의감 안전성을 고려하여 차량의 도어 내부에 장착되어 미관과 승객의 안전에 큰 영향을 끼치는 부품이다. 도어트림의 요구 성능으로는 탑승자의 안전, 안락감 및 편의감을 고려한 감성 성능과 외관, 색상 등의 감성적인 부분과 편의성을 고려한 단열, 차음, 흡음과 함께 내구성, 내열성 및 내충격 흡수성이 우수한 내장부품을 요구하며, 운전자와 탑승자의 안전과 차량과 내장부품의 신뢰성 평가에 많은 영향을 미친다. 최근 세계적 고효율, 고안전 차량 요구 증대와, 유럽, 미국 환경규제 강화, 인도, 중국 아프리카 등 신흥 경제국 시장의 경제성장과 맞물려 승용차 시장이 급격히 성장하고 있으며, 차량의 고급화, 내실화 요구도 크게 증대하였다.
참고문헌 (24)
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