열가소성 탄성체 (Thermo-Plastic Elastomer-TPE)는 우수한 탄성을 지니면서도 보통의 열가소성 플라스틱과 동일한 성형성과 재생 가능성 때문에 산업계 전반에 걸쳐 사용이 증가하고 있다. 현재 열가소성 탄성체와 관련된 연구는 다양한 소재와의 결합에 의한 복합탄성체 개발이나 이를 구현하기 위한 장비 개발 등에 집중되고 있다. 반면 중소기업 등의 현장에서는 이러한 신소재의 적용뿐만 아니라 저렴한 일축 스크류 장비에서 열가소성 탄성체의 압출이 가능하게 하는 공정조건에 대한 연구가 필요하다. 열가소성 탄성체는 일반적으로 트윈 스크류 방식으로 압출을 하게 된다. 반면에 중소기업 등에서는 단축 스크류 방식의 압출기를 주로 보유하고 있는데 단축 스크류 방식의 압출기에서 압출이 가능하게 하려면 정교한 공정제어를 통해 균일한 두께 유지가 중요하다. 본 논문에서는 열가소성 탄성체 TPE-800L 단축 압출가공에 있어서 압출공정변수인 출력부 가공 온도가 튜브의 성형성에 미치는 영향을 연구하였다. 열가소성 탄성체 TPE-800L의 압출에서는 출력부 온도가 가장 중요한 요소이며 165-170도일 때 가장 우수한 성형성을 확인하였다.
열가소성 탄성체 (Thermo-Plastic Elastomer-TPE)는 우수한 탄성을 지니면서도 보통의 열가소성 플라스틱과 동일한 성형성과 재생 가능성 때문에 산업계 전반에 걸쳐 사용이 증가하고 있다. 현재 열가소성 탄성체와 관련된 연구는 다양한 소재와의 결합에 의한 복합탄성체 개발이나 이를 구현하기 위한 장비 개발 등에 집중되고 있다. 반면 중소기업 등의 현장에서는 이러한 신소재의 적용뿐만 아니라 저렴한 일축 스크류 장비에서 열가소성 탄성체의 압출이 가능하게 하는 공정조건에 대한 연구가 필요하다. 열가소성 탄성체는 일반적으로 트윈 스크류 방식으로 압출을 하게 된다. 반면에 중소기업 등에서는 단축 스크류 방식의 압출기를 주로 보유하고 있는데 단축 스크류 방식의 압출기에서 압출이 가능하게 하려면 정교한 공정제어를 통해 균일한 두께 유지가 중요하다. 본 논문에서는 열가소성 탄성체 TPE-800L 단축 압출가공에 있어서 압출공정변수인 출력부 가공 온도가 튜브의 성형성에 미치는 영향을 연구하였다. 열가소성 탄성체 TPE-800L의 압출에서는 출력부 온도가 가장 중요한 요소이며 165-170도일 때 가장 우수한 성형성을 확인하였다.
Thermoplastic elastomers are being used increasingly throughout industry owing to their superior properties, such as superior elasticity, formability, and recoverability. Currently, research related to thermoplastic elastomers is focused on the development of composite elastomers by combining with v...
Thermoplastic elastomers are being used increasingly throughout industry owing to their superior properties, such as superior elasticity, formability, and recoverability. Currently, research related to thermoplastic elastomers is focused on the development of composite elastomers by combining with various materials and the development of equipment. On the other hand, in the field of small and medium sized companies, it is necessary to study not only the application of these new materials, but also the process conditions that enable the extrusion of thermoplastic elastomers in inexpensive uniaxial screwing equipment. If extrusion is performed in a single screw extruder, it is important to maintain a uniform thickness through process control of the extruder. This study examined the effects of the processing temperature, which is an extrusion process variable, on the formability of a tube in the thermoplastic elastomer TPE-800L uniaxial extrusion process. The nozzle zone temperature is the most important factor in the extrusion of thermoplastic elastomer TPE-800L; the most excellent moldability was confirmed at $165-170^{\circ}C$.
Thermoplastic elastomers are being used increasingly throughout industry owing to their superior properties, such as superior elasticity, formability, and recoverability. Currently, research related to thermoplastic elastomers is focused on the development of composite elastomers by combining with various materials and the development of equipment. On the other hand, in the field of small and medium sized companies, it is necessary to study not only the application of these new materials, but also the process conditions that enable the extrusion of thermoplastic elastomers in inexpensive uniaxial screwing equipment. If extrusion is performed in a single screw extruder, it is important to maintain a uniform thickness through process control of the extruder. This study examined the effects of the processing temperature, which is an extrusion process variable, on the formability of a tube in the thermoplastic elastomer TPE-800L uniaxial extrusion process. The nozzle zone temperature is the most important factor in the extrusion of thermoplastic elastomer TPE-800L; the most excellent moldability was confirmed at $165-170^{\circ}C$.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구는 열가소성 탄성체 TPE-800L 단축 압출가공에 있어서 압출공정 변수인 가공온도가 튜브의 성형성에 미치는 영향을 통계적 방법에 분석한 연구로서 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
이송부(Feeding Zone)의 온도 세팅을 180℃로 예열한 상태에서 호퍼 온도는 약 40~50℃이며 엘라스토머 투입에 문제가 없다고 판단하였고, 그 밖의 다른 온도(예: 185℃)에서 실험한 결과에서도 유의미한 차이를 보이지 않음으로 압축부(Compression Zone)과 이송부(Feeding Zone)의 온도를 각각 180℃로 세팅하였다. 또한 계량부(Metering Zone)의 온도변화는 170℃와 175℃의 경우 성형성에 큰 차이를 나타냄을 확인하지 못하여서 이번 연구에서는 출력부의 온도를 변화하면서 압출품의 성형성을 평가하였다. 이 때 실험한 출력부의 온도는 155, 160, 165, 170℃ 이다.
하이워크는 PVC를 사용하여 원형튜브를 압출하여 왔으나 시장 다변화와 고부가가치 제품 개발을 위하여 열가소성 탄성체를 이용한 압출 원형 튜브 개발에 참여하게 되었다. 본 연구에서는 자체 개발한 일축 스크류를 이용하여 열가소성 탄성체(즉 엘라스토머)의 한 종류인 TPE-800L의 압출을 통하여 원형튜브를 제조하였다. 이 때 사용한 열가소성 탄성체는 ㈜하이워크가 제공한 스티렌계 열가소성 수지로서 싱글 스크류 압출기에서의 성형성이 확보되는 최적화된 압출 온도를 찾기 위하여 성형성 테스트를 수행하였으며 최적의 압출 온도조건에 대한 연구를 수행하였다.
인장강도 측정은 각각의 조건별로 5개의 시편을 측정하여 평균값으로 인장강도를 평가하였다. 압출 된 엘라스토머의 가공성(즉 동심정도, 튜브의 직진정도)을 평가하기 위해 단면의 외직경과 내직 경을 광학현미경(Dino-Light Premier, AD7013)을 이용하여 측정하였다. 사용한 장비의 주요 스펙으로는 배율 100~200배, 해상도 5.
엘라스토머를 이용하여 제작된 튜브의 성형성을 평가하기 위하여 압출기 출력부의 온도를 155, 160, 165,170℃ 변경하면서 튜브를 제작하였다. 각 경우에 대한 250회의 이미지 분석을 한 결과는 그림 4와 같다.
본 연구에서는 자체 개발한 일축 스크류를 이용하여 열가소성 탄성체(즉 엘라스토머)의 한 종류인 TPE-800L의 압출을 통하여 원형튜브를 제조하였다. 이 때 사용한 열가소성 탄성체는 ㈜하이워크가 제공한 스티렌계 열가소성 수지로서 싱글 스크류 압출기에서의 성형성이 확보되는 최적화된 압출 온도를 찾기 위하여 성형성 테스트를 수행하였으며 최적의 압출 온도조건에 대한 연구를 수행하였다.
출력부의 4가지 온도조건에 따라 제작된 엘라스토머 튜브의 인장강도 평가를 수행하였다. 각 조건별로 5개의 시편을 제작하여 평균값은 표 2와 같다.
대상 데이터
본 실험에 사용된 열가소성 탄성체는 ㈜하이워크가 제공한 스티렌계 열가소성 수지인 TPE-800L이다. TPE-800L의 대표적 물성으로는 녹는점 170~180℃, 쇼어 경도 85, 밀도 0.
0M pixel, 초당 Max 200 프레임이다. 사용된 시편은 길이는 20cm-25cm 내외이며, 출력부의 온도변화조건에 따라 각각 250개씩 준비되었다. 측정된 영상정보는 PC에 연결되어 영상분석 장비(Dino-Capture Software)를 이용하여 통계분석에 사용하였다.
실험에 사용된 고분자 압출기는 열가소성 탄성체 압출을 가능하게 하기 위하여 별도로 제작된 장비로 그림 2와 같다. 압출기 형식은 단축 스크류 식이며, 주요 규격으로는 스크류길이가 600mm이고, L/D=20이며, 이송부의 길이는 120mm, 계량부의 길이는 180mm이다. 압출 다이의 원형 오리피스의 직경은 7.
데이터처리
사용된 시편은 길이는 20cm-25cm 내외이며, 출력부의 온도변화조건에 따라 각각 250개씩 준비되었다. 측정된 영상정보는 PC에 연결되어 영상분석 장비(Dino-Capture Software)를 이용하여 통계분석에 사용하였다. 통계분석을 위하여 압출공정으로 압출된 엘라스토머 튜브의 내외경을 250회 측정하였다.
성능/효과
(2) 반면 출력부 온도가 165-170도의 경우 대부분의 TPE-800L 튜브의 직경이 평균값에 이르고 통계적으로 표준 편차값은 0.02~0.03으로 가장 우수한 공정조건이었다.
온도를 175℃까지 올려 출력을 하면 튜브의 압출이 간헐적으로 실패하기도 하였다. 데이터를 통한 추세분석을 하여 보면 TPE-800L의 튜브성형의 일정한 생산성을 위해서는 출력부(Nozzle Zone)온도를 165도에서 170도 사이에서 출력하는 경우 가장 우수한 성형성을 확인할 수 있었다. 출력부 온도가 너무 낮은 경우 튜브의 형상이 균질하게 성형이 되지 못하였으며 170도 이상이 되게 되면 튜브 내의 잔열이 냉각과정동안 충분히 빠져나가지 못하기 때문이다.
후속연구
또한 일축 스크류의 설계변수에 대한 연구 및 계량부(Metering zone)온도와 냉각 성능 공정변수에 대한 추가적인 연구가 진행 중이며 향후 논문에서 제출할 예정이다.
반면 열가소성 탄성체와 관련된 연구는 다양한 소재와의 결합에 의한 복합탄성체 개발[4,5]이나 이를 구현하기 위한 장비 개발[6] 또는 공정변수가 압출품의 강도[7,8]에 미치는 영향 등에 집중되고 있다. 반면 중소기업 등의 현장에서는 이러한 신소재의 적용뿐만 아니라 저렴한 일축 스크류 장비에서 열가소성 탄성체의 압출이 가능하게 하는 공정조건에 대한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
열가소성 탄성체가 전 세계에서 널리 사용되고 있는 이유는 무엇인가?
열가소성 탄성체(Thermo-Plastic Elastomer-TPE)는 우수한 탄성을 지니면서도 보통의 열가소성 플라스틱과 동일한 성형성과 재생가능성, 우수한 기계적 물성 때문에 전 세계적으로 널리 사용되고 있다. 열가소성 탄성체 시장 규모는 2009년 기준으로 전 세계적으로는 16조원, 국내는 1.
열가소성 탄성체의 주요 용도는 무엇인가?
1조원 규모이며, 2020년에는 전 세계적으로 30조원에 달하는 거대 시장이 형성되리라 예상된다[1-3]. 열가소성 탄성체의 주요 적용 용도로는 자동차부품, 의료용품, 접착제/실란트/코팅제품, 전선케이블 자켓, 스포츠용품 등에 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 열가소성 탄성체는 소재에 따라 올레핀계, 스티렌계, 아미드계, 에스터계, 우레탄계, PVC계 등으로 나눌 수 있으며 이 중에서 스티렌계 및 올레핀계 열가소성 탄성체는 범용으로 널리 사용되고 있다.
압출설비의 압출기는 어떤 역할을 하는가?
일반적인 압출설비로는 압출기, 다이 및 권취장치의 세 부분으로 구성된다. 압출기는 열가소성 소재를 용융하여 연속적으로 압출하는 역할을 하며, 다이는 만들고자 하는 형태의 모양을 결정하는 요소이다. 마지막으로 권취장치는 압출되는 제품을 냉각하여 연신하는 역할을 한다.
참고문헌 (7)
D. H. Kim, H. J. Kim, and B. J. Lee, "Olefinic Thermoplastic Elastomer and Styrenic Thermoplastic Elastomer", Elastomers and Composites, Vol.45, No.3, pp. 152-155, 2010
E. J. Choi, J. W. Yoon, J. K. Jo, S. E. Shim, J. H. Yun, and I. Kim, "Present and Fugure of Thermoplastic Elastomers as Environmentally Friendly Organic Materials", Elastomer and Composites, Vol.45, No.3, pp. 170-187, 2010
Y. S. Lee, J. C. Jeong, J. M. Park, "A Trend of R&D in Environmental Thermoplastic Elastomer", Elastomer and Composites, Vol.45, No.4, pp 245-249, 2010
T. Villmow, P. Potschke, S. Pegel, L. Haussler, B. Kretzschmar, "Influence of twin-screw extrusion conditions on the dispersion of multiwalled carbon nanotubes in a poly(lactic acid) matrix", Polymer, Vol.49, pp. 3500-3509, 2008
S. H. Park, S. G. Lee, S. H. Kim, "Isothermal crystallization behavior and mechanical properties of polylactide/carbon nanotube nanocomposites", Composites: Part A, Vol.46, pp. 11-18, 2013
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.