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전선피복용 컴파운드의 제조에서 가소제의 종류와 첨가량에 따른 물성 변화 연구
Study on Property Modification with Kind and Additive Amount of Plasticizer in the Manufacture of Compounds for Cable Sheath 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.18 no.2, 2019년, pp.11 - 16  

리시앙수 (한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학과) ,  이상봉 (한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학과) ,  조을룡 (한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The four different polymer compounds were manufactured with the two kinds of plasticizers [(di-2-ethylhexyl sebacate(DOS), and di-2-butyl sebacate(DBS)] and two different additive amounts(18, 26 phr) of the same plasticizer for making cable sheath for ship. Ethylene-vinylacetate, ethylene-propylene-...

주제어

#Cable Sheath   #Plasticizer   #Compounds   #Aging Resistance   #Cold Resistance  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • (주)대경엔지니링 Mooney viscometer (DMV-200C)를 사용하여 가공된 비 가교 시트를 약 5～10 g을 2개 잘라내어 Mooney viscometer rotor 상하에 배치하고 130 ℃ 온도에서 5 bar 의 압력으로 scorch time (t5)의 시간까지 측정하였다.
  • (주)대경엔지니링의 rheometer (DRM-100)을 사용하여 배합 작업을 통하여 가공된 비 가교 시트 약 5~10 g을 잘라내어 rheometer의 torque rotor 위에 올려놓고 180 ℃ 온도에서 5 bar 의 압력으로 720 초 동안 측정하였다.
  • 폴리머류, 2. 필러 및 첨가제, 3. 가교제류로 나누었다. 또한 위의 순서대로 roll mill에 투입하게 되는데 먼저 폴리머를 충분한 시간동안 roll mill에서 가공하여 열과 응력을 가해야 폴리머가 가소화 되고 필러 및 첨가제들의 분산을 양호하게 해주기 때문이며 가교제를 마지막에 넣는 이유는 빨리 투입할 경우 가공 중 발생하는 열에 의해서 가교가 일어남을 방지하기 위해 마지막에 투입하였다.
  • 가교시트를 저온냉동고 (NIHON FREEZER사의 VI-16)에 넣고 -60 ℃에서 약 4 시간 후에 굴곡 시험을 진행하여 3개의 시편에서 crack이 생기는지를 조사하였다.
  • 모든 배합은 roll mill에서 첫 폴리머를 투입 후 약 2 분간 소련시키고 그 후 필러를 투입하여 7 분가량 동안 필러를 혼련시켰다. 가교제를 첨가 후 1~2 분가량 혼련하여 배합을 종료하였으며 모든 혼련 과정에서 삼각 접기 및 rolling 같은 혼련 스킬은 배합마다 7~8 회 동일한 횟수로 진행하였다. 물성 검사를 위해 2 mm 가교시트가 필요하므로 배합이 roll mill에서 완료된 고분자 복합소재는 약 3~3.
  • 선박에 사용되는 전선피복용 고분자 컴파운드를 제조하기 위하여 EVA와 EPDM을 매트릭스 고분자로 사용하고, EVA-g-MAH를 coupling agent로 사용하여 난연제, 가소제, 충전제, 노화방지제, 활제, 가교제를 넣고 배합하였다. 가소제는 2 종류(DOS, DBS)를 사용하면서 그 종류와 첨가량에 따른 물성을 조사하였다. Rheology는 같은 양을 첨가하였을 때 DOS가 DBS보다 ΔT가 더 큼을 알 수 있었고, 같은 종류의 가소제에서는 더 작은 양을 투입하였을 때 ΔT가 더 큼을 알 수 있었다.
  • 극성기가 많은 폴리머를 사용 시 내한성이 매우 좋지 않은 결과를 보였기 때문에 EVA외에 EPDM을 사용하였다. EPDM의 경우 amorphous한 특성이 강하기 때문에 저온에서도 유연성을 많이 잃지 않으리라 판단하였다.
  • EPDM의 경우 amorphous한 특성이 강하기 때문에 저온에서도 유연성을 많이 잃지 않으리라 판단하였다. 난연성을 위해서 S-ATH와 non-coating MDH를 혼용하여 사용하면서 난연제의 총량을 높였다. 하였다.
  • 가교제류로 나누었다. 또한 위의 순서대로 roll mill에 투입하게 되는데 먼저 폴리머를 충분한 시간동안 roll mill에서 가공하여 열과 응력을 가해야 폴리머가 가소화 되고 필러 및 첨가제들의 분산을 양호하게 해주기 때문이며 가교제를 마지막에 넣는 이유는 빨리 투입할 경우 가공 중 발생하는 열에 의해서 가교가 일어남을 방지하기 위해 마지막에 투입하였다.
  • 고분자 복합소재의 가공은 two-open roll mill (㈜한도기공의 HDM-8-16, 8″) 로 진행하였다. 배합 소재들을 3 분류로 나누어 순서대로 투입하였다. 3 분류를 나누는 기준은 1.
  • 측정은 ㈜페스텍의 LIMITED OXYGEN INDEX 2005 모델 기기를 사용하였다. 산소와 질소를 켜고 조절 valve를 2.5 bar 정도로 맟추고 농도를 45~55% 사이로 설정하여 측정하였다. 산소지수는 ±1의 범위까지 측정하여 그 중간 값으로 산소지수를 결정하였다.
  • 선박에 사용되는 전선피복용 고분자 컴파운드를 제조하기 위하여 EVA와 EPDM을 매트릭스 고분자로 사용하고, EVA-g-MAH를 coupling agent로 사용하여 난연제, 가소제, 충전제, 노화방지제, 활제, 가교제를 넣고 배합하였다. 가소제는 2 종류(DOS, DBS)를 사용하면서 그 종류와 첨가량에 따른 물성을 조사하였다.
  • 고분자 수지는 단독으로 소재의 성능을 발휘하지 못하는 경우가 대부분이다. 소재의 성능을 발휘하고 소재마다 가지고 있는 단점을 보완하기 위해서 여러 첨가제를 혼용하여 특성에 맞는 최종 복합소재를 만들게 된다. 이런 일련의 과정을 컴파운드 처방을 설계한다고 하며 처방 설계에 따라서 비슷한 소재를 사용한 컴파운드의 특성도 크게 변화할 수 있다[7,8].
  • 을 가지도록 설계하였다. 유기과산화물에 의한 가교는 아주 오랫동안 고온의 열을 가하지 않는 이상 가황가교처럼 revision 현상에 의한 rheometer의 torque값의 감소가 일어나지 않으므로 충분한 가교가 이루어지도록 동일한 가교 시간을 주었다. 아래 Fig.
  • )을 사용하며 가교제로서 dicumly peroxide를 사용하였다. 전선외피용 컴파운드의 내한성을 부여하기 위하여 가소제를 첨가하는데 가소제는 di-2-ethylhexyl azelate, di-2-ethylhexyl adipate, di-2-ethylhexyl sebacate, di-2-butyl sebacate를 사용하여 4 가지 가소제의 종류에 따른 물성의 변화를 조사하고자 하였다.
  • 제조된 가교시트를 덤벨기로 시험편을 제작한 후 120 ℃로 열풍 가열하는 노화 시험기에 일주일간 두어 노화시킨 후 IEC60811-1-2에 준하여 시인장강도 및 신장율 측정 할 때와 동일한 장비 및 방법으로 측정하였다. 상온상태에서 측정한 값과 노화 후 측정한 값의 차이가 IEC 60092-360에서 규정하는 잔율 (70~130%)이내에 들어야 한다.

대상 데이터

  • 본 연구를 위하여 ethylene-vinylacetate (EVA) 고분자를 사용하였는데 28% vinylacetate 함량을 가진 EVA로 Lotte Chemical에서 공급 받았고 제품명은 VC-590 이었다. Ethylene-propylenediene-copolymer (EPDM)은 ethylene 함량이 70%로 Kumho Polychem에서 공급받았고 제품명은 KEP-510 이었다. 또 다른 고분자 물질로 ethylene-vinylacetate-g-maleic ahydride (EVA-g-MAH)인데 이 고분자는 vinylacetate 함량이 15% 인 EVA (Lotte Chemical, VS-440) 에 maleic ahydride를 1% 가지화 (grafting)시킨 것으로 coupling agent로 사용되었다.
  • 가교시트를 약 3 mm의 두께와 넓이 6 mm인 형태로 시험편을 만들어ASTM 2863에 준하여 측정하였다. 측정은 ㈜페스텍의 LIMITED OXYGEN INDEX 2005 모델 기기를 사용하였다.
  • 5 μm)는 Likya Minerals 에서 공급받았다. 가소제 di-2-ethylhexyl sebacate (DOS, 응고점 -69 ℃)와 di-2-butyl sebacate(DBS, 응고점 -12 ℃)는 Hallstar 사에서 공급받았다. 충전제로 silica (K-200D, OCI)를, 노화방지제로 mercaptobenzothiazole (MB, Sigma Aldrich)를 사용하였다.
  • 난연제로는 silane coated aluminum tri-hydroxide (S-ATH, KH-101LC, p/s;1.0 μm)를 KC 사에서, magnesium di-hydroxide (MDH, Ultracarb LH15X, p/s;1.5 μm)는 Likya Minerals 에서 공급받았다.
  • 충전제로 silica (K-200D, OCI)를, 노화방지제로 mercaptobenzothiazole (MB, Sigma Aldrich)를 사용하였다. 또한, 활제로 Rheinchemie Additives 사의 Aflux-42M을 사용하였고, 가교제로 dicumyl peroxide (DCP, Sigma Aldrich)를 사용하였다.
  • 본 연구를 위하여 ethylene-vinylacetate (EVA) 고분자를 사용하였는데 28% vinylacetate 함량을 가진 EVA로 Lotte Chemical에서 공급 받았고 제품명은 VC-590 이었다. Ethylene-propylenediene-copolymer (EPDM)은 ethylene 함량이 70%로 Kumho Polychem에서 공급받았고 제품명은 KEP-510 이었다.
  • 본 연구에서는 고분자 소재로서 극성기를 가지는 ethylene-vinylacetate (EVA)와 ethylenene-propylene-diene-copolymer (EPDM) 및 ethylene-vinylacetate grafted maleic anhydride (EVA-gMAH)를 사용하고 난연제로서 silane이 코팅된 수산화알루미늄(Al2(OH)3)과 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 사용하며 가교제로서 dicumly peroxide를 사용하였다. 전선외피용 컴파운드의 내한성을 부여하기 위하여 가소제를 첨가하는데 가소제는 di-2-ethylhexyl azelate, di-2-ethylhexyl adipate, di-2-ethylhexyl sebacate, di-2-butyl sebacate를 사용하여 4 가지 가소제의 종류에 따른 물성의 변화를 조사하고자 하였다.
  • 덤벨(Dumbell)기로 시험편을 제작하여 인장강 도와 신장율을 (주)큐머시스의 QM-100T-2T 모델의 UTM을 사용하여 IEC 60811-1-1에 준하여 측정하였다. 이 때 사용한 시험편은 5 개로 가장 높은 값의 시편과 가장 낮은 값의 시편 수치는 제외한 3 개의 시편의 측정 수치의 평균값을 사용하였다. 또한 UTM기로 인장할 때의 속력은 250 mm/min로 설정하였다.
  • 가소제 di-2-ethylhexyl sebacate (DOS, 응고점 -69 ℃)와 di-2-butyl sebacate(DBS, 응고점 -12 ℃)는 Hallstar 사에서 공급받았다. 충전제로 silica (K-200D, OCI)를, 노화방지제로 mercaptobenzothiazole (MB, Sigma Aldrich)를 사용하였다. 또한, 활제로 Rheinchemie Additives 사의 Aflux-42M을 사용하였고, 가교제로 dicumyl peroxide (DCP, Sigma Aldrich)를 사용하였다.
  • 가교시트를 약 3 mm의 두께와 넓이 6 mm인 형태로 시험편을 만들어ASTM 2863에 준하여 측정하였다. 측정은 ㈜페스텍의 LIMITED OXYGEN INDEX 2005 모델 기기를 사용하였다. 산소와 질소를 켜고 조절 valve를 2.

이론/모형

  • 덤벨(Dumbell)기로 시험편을 제작하여 인장강 도와 신장율을 (주)큐머시스의 QM-100T-2T 모델의 UTM을 사용하여 IEC 60811-1-1에 준하여 측정하였다. 이 때 사용한 시험편은 5 개로 가장 높은 값의 시편과 가장 낮은 값의 시편 수치는 제외한 3 개의 시편의 측정 수치의 평균값을 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
실제 극지방에서 사용되기 위해서는 어느정도의 온도에서 버틸 수 있는 기술력이 필요한가? 현재 내한성을 가지는 케이블은 -40 ℃에서 견딜 수 있는 전선이 국·내외 보편적으로 사용되는 기술이다. 그러나 실제 극지방에서 사용되기 위해서는 내한 -50 ℃ 수준의 기술이 필요하다는 것이 선박 및 플랜트 업체들의 의견이다. -50 ℃까지 견디는 케이블 외 피용 컴파운드의 개발이 요구되어 왔지만 기술적 난이도가 높아 현재까지 어려움을 겪고 있다.
극지방의 플랜트와 선박에서 사용 가능한 케이블이 필요한 이유는 무엇인가? 석유의 사용량이 증가함에 따라 원유를 시추하는 해상플랜트와 시추된 원유를 수송하는 선박의 건조가 증가하고 있다. 하지만 중동, 미국 등의 원유자원이 점차적으로 고갈되어감에 따라 종전에는 기술력 부족으로 원유를 시추하기 어렵고 경제성을 이유로 고려하지 않았던 심해저지역의 유전개발과 러시아, 알래스카와 같은 극지방의 유전 개발의 필요성이 증가하고 있다. 따라서, 극지방의 플랜트와 선박에서 사용 가능한 혹한의 환경에서 견딜 수 있는 케이블이 필요하다.
난연 특성을 만족하기 위해 해양용 케이블은 어떤 소재를 사용하는가? 이런 어려운 난연 특성을 만족하기 위해서 현재 해양용 케이블들은 외피에 사용하는 고분자 복합소재에 다량의 난연제를 사용하고 불에 탈 때 char 형성에 도움이 되는 극성기를 가지는 고분자 소재를 사용한다[3-6]. 고분자 수지는 단독으로 소재의 성능을 발휘하지 못하는 경우가 대부분이다.
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