[논문]Mechanical Properties and Morphology of Polyamide/Polypropylene Blends

Kim, Su Young; Ha, Jin Uk; Shin, Donghyeok; Jung, Wooseok; Lee, Pyoung-Chan

doi:10.7473/ec.2020.55.1.1

Mechanical Properties and Morphology of Polyamide/Polypropylene Blends 원문보기

Elastomers and composites = 엘라스토머 및 콤포지트, v.55 no.1, 2020년, pp.1 - 5

Kim, Su Young (Chemical Materials R&D Center, Korea Automotive Technology Institute) , Ha, Jin Uk (Chemical Materials R&D Center, Korea Automotive Technology Institute) , Shin, Donghyeok (Department of Energy, Materials and Chemical Engineering, Korea University of Technology and Education) , Jung, Wooseok (R&D Center, Woo-Sung Chemical Co., Ltd.) , Lee, Pyoung-Chan (Chemical Materials R&D Center, Korea Automotive Technology Institute)

Abstract ▼ AI-Helper

This study examined the effects of the addition of maleic anhydride-grafted polypropylene (PP-g-MA) and polyolefin elastomer (POE) on polyamide 66 (PA66) and polypropylene (PP) blends. The blends of PA66/PP with PP-g-MA and POE were prepared using a twin screw extruder. Mechanical testing results revealed that the tensile, flexural, and izod impact strengths of the blends were maximized at a PP-g-MA content of 2 phr. The increased mechanical strength of the blends with PP-g-MA was attributed to the compatibilizing effect of the PA66 and PP blends. In addition, as the POE content increased, the impact strength of the blends increased. However, at a high POE content, the tensile and flexural strengths decreased, seemingly because of the lower mechanical properties of POE.

주제어

표/그림 (10)

그림 Figure 1. Mechanical properties of PA66/PP blends.
표 Table 1. List of Abbreviations for Binary Blends (PA66/PP)
$Figure 2. Scanning electron micrographs of the cryogenically fractured surfaces of PA66/PP blends: (a) 100/0, (b) 0/100, (c) 90/10, (d) 80/20, (e) 70/30, and (f) 60/40.$ 그림 Figure 2. Scanning electron micrographs of the cryogenically fractured surfaces of PA66/PP blends: (a) 100/0, (b) 0/100, (c) 90/10, (d) 80/20, (e) 70/30, and (f) 60/40.
그림 Figure 3. Size distribution of PP particles in the PA66/PP blends.
그림 Figure 4. Mechanical properties of PA66/PP/PP-g-MA blends.
$Figure 5. Scanning electron micrographs of the cryogenically fractured surfaces of PA/PP08/MAH blends: MAH content (a) 0, (b) 2, (c) 4, (d) 6.$ 그림 Figure 5. Scanning electron micrographs of the cryogenically fractured surfaces of PA/PP08/MAH blends: MAH content (a) 0, (b) 2, (c) 4, (d) 6.
그림 Figure 6. Mechanical properties of PA66/PP/PP-g-MA/POE blends.
$Figure 7. Scanning electron micrographs of the cryogenically fractured surfaces of PA/PP08/MA02/POE blends: POE content (a) 0, (b) 3, (c) 5, (d) 7.$ 그림 Figure 7. Scanning electron micrographs of the cryogenically fractured surfaces of PA/PP08/MA02/POE blends: POE content (a) 0, (b) 3, (c) 5, (d) 7.
그림 Figure 8. Water absorption of PA/PP/PP-g-MA/POE blends at 23 ℃ with 50 %RH for 48 hours.
표 Table 2. List of Abbreviations for PA66/PP/PP-g-MA Blends and PA66/PP/PP-g-MA/POE Blends

AI 본문요약
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문제 정의

또한 충격 향상을 위한 탄성재료로는 폴리프로 필렌과 상용성이 우수한 폴리올레핀 엘라스토머(POE, polyolefin elastomer)를 혼합하였다. 각각의 배합 비율에 따른 기계적 특성에 미치는 영향을 고찰하고자 하였다.
본 연구에서는 자동차용 퓨즈 박스에 사용 가능한 소재 개발로, 치수 안정성에 악영향을 미치는 수분 흡수율을 개선하고, 외부 충격에 의한 깨짐 방지를 위해 충격 특성을 개선한 폴리아미드 블랜딩 소재를 연구하였다. 수분 흡수율을 개선하기 위해 무극성 고분자인 폴리프로필렌을 혼합하였으며, 폴리아미드와 폴리프로필렌 간의 상용성을 증진시키기 위해 무수 말레인산이 그라프트된 변성 폴리프로필렌(PP-g-MA)을 첨가하였다.
본 연구에서는 폴리아미드의 충격강도를 증가시키고, 수분 흡수율을 감소시키기 위해 폴리프로필렌과의 블랜드를 진행 하였다. 두 고분자간 극성 차이로 인해 낮은 상용성을 개선하기 위해 무수 말레인산이 그라프트된 변성 폴리프로필렌(PPg-MA)를 첨가하였으며, 충격 향상을 위한 탄성재료로 폴리프로필렌과 상용성이 우수한 폴리올레핀 엘라스토머(POE)를 혼합하였다.
^2,5이러한 한계성을 개선하기 위해 다양한 연구가 진행되어 왔다. 충격 강도를 높이기 위해서는 적절한 탄성재료와의 블랜딩을 통한 특성 개질 및 향상에 대한 노력을 진행하였다. ^5,6 또한 수분 흡습을 줄이기 위해 무극성의 고분자와의 혼합을 통해 수분 흡수율을 감소시키거나, ³ 판상현 나노 첨가제를 혼합한 복합소재 개발을 진행하였다.

제안 방법

1차 실험에서는 Table 1의 배합으로 PA66와 PP와의 블랜딩에 따른 기계적 물성 측정을 통해 PA66와 PP와의 함량비를 도출하였다. 2차 실험에서는 MAH의 함량(0 phr, 2 phr, 4 phr, 6 phr)에 따른 기계적 물성 측정을 통해 상용화제 함량을 정하였으며, 3차 실험에서는 탄성재료의 함량(0 phr, 3 phr, 5 phr, 7 phr)에 따른 기계적 물성 측정을 통해 최종 소재의 함량비를 도출하였다. 소재의 기계적 물성은 자동차 퓨즈 박스에 적용되기 위한 요구 물성 수준을 기준으로 하였다.
충격 강도를 높이기 위해서는 적절한 탄성재료와의 블랜딩을 통한 특성 개질 및 향상에 대한 노력을 진행하였다. ^5,6 또한 수분 흡습을 줄이기 위해 무극성의 고분자와의 혼합을 통해 수분 흡수율을 감소시키거나, ³ 판상현 나노 첨가제를 혼합한 복합소재 개발을 진행하였다. ^2,7 폴리아미드와 무극성 고분자 또는 탄성재료와의 블랜딩은 두 고분자간 높은 극성차이로 인해 상용성이 없어 물성이 매우 나쁜 결과를 초래한다.
두 고분자간 극성 차이로 인해 낮은 상용성을 개선하기 위해 무수 말레인산이 그라프트된 변성 폴리프로필렌(PPg-MA)를 첨가하였으며, 충격 향상을 위한 탄성재료로 폴리프로필렌과 상용성이 우수한 폴리올레핀 엘라스토머(POE)를 혼합하였다. 각 소재의 함량에 따른 기계적 물성, 수분 흡수 율 등을 조사하고 형태학적 관찰을 통해 폴리아미드 기반 블랜드의 물성 향상을 도모하였다.
사출성형시 실린더 온도 구배는 270~280℃이고, 금형 온도는 60℃로 조정하였다. 기계적 물성은 만능재료시험기(UT-100, MDTI사) 를 사용하였으며, 열팽창계수측정은 TMA (thermal mechanical analysis, Sinco사)를 통해 승온 속도 10℃/분, 질소 분위기하에서 분석하였다. 블랜드물에 대해 형태학(morphology)을 관 찰하고자 전자 방출형 주사 전자 현미경(FE- SEM, Apreo S HiVac, FEI사)을 사용하였으며, 먼저 시편을 액체질소 내에서 급냉한 후 파단시켜 ion sputter로 파단면에 금을 코팅한 후 가속전압 5 kV로 전자를 주사하여 관찰하였다.
본 연구에서는 폴리아미드의 충격강도를 증가시키고, 수분 흡수율을 감소시키기 위해 폴리프로필렌과의 블랜드를 진행 하였다. 두 고분자간 극성 차이로 인해 낮은 상용성을 개선하기 위해 무수 말레인산이 그라프트된 변성 폴리프로필렌(PPg-MA)를 첨가하였으며, 충격 향상을 위한 탄성재료로 폴리프로필렌과 상용성이 우수한 폴리올레핀 엘라스토머(POE)를 혼합하였다. 각 소재의 함량에 따른 기계적 물성, 수분 흡수 율 등을 조사하고 형태학적 관찰을 통해 폴리아미드 기반 블랜드의 물성 향상을 도모하였다.
본 연구를 통해 도출된 PA/PP 블랜드는 자동차 퓨즈박스용으로 연구되었으며, 해당 부품으로 사용되기 위해서 요구되는 물성을 달성하기 위해 다양한 첨가제 배합을 진행하였다. 목표로 한 인장강도는 53 MPa, 굴곡강도는 67 MPa, 충격강도 60 J m^-1 으로, 해당 요구 물성을 만족한 조성은 PA/PP8/MA2/ POE5 배합으로 나타났다.
기계적 물성은 만능재료시험기(UT-100, MDTI사) 를 사용하였으며, 열팽창계수측정은 TMA (thermal mechanical analysis, Sinco사)를 통해 승온 속도 10℃/분, 질소 분위기하에서 분석하였다. 블랜드물에 대해 형태학(morphology)을 관 찰하고자 전자 방출형 주사 전자 현미경(FE- SEM, Apreo S HiVac, FEI사)을 사용하였으며, 먼저 시편을 액체질소 내에서 급냉한 후 파단시켜 ion sputter로 파단면에 금을 코팅한 후 가속전압 5 kV로 전자를 주사하여 관찰하였다.
블랜드물을 건조한 후 사출기를 이용하여 ASTM에 맞는 시편 금형에 사출 성형하여 시편을 제조하였다. 사출성형시 실린더 온도 구배는 270~280℃이고, 금형 온도는 60℃로 조정하였다.
상용화제 배합에 따라 PA/PP 블랜드의 충격 강도가 상승하였으나, 충격 특성을 요구하는 부품에 적용하기에는 아직 낮은 수치를 보이고 있어 개선이 필요하며, 이를 위해 POE를 혼 합하였다. Figure 6은 PA66/PP/PP-g-MA/POE의 충격 개선 블랜드의 기계적 물성을 나타낸다.
Figure 8은 PA 기반 블랜드의 수분 흡수율을 나타낸다. 수분 흡수율은 시편을 120℃, 24시간 동안 완전 건조하여 무게 측정 후, 23℃, 50 %RH 조건 하에서 48시간 방치한 후 무게 를 측정하여 계산하였다. Figure 8에서 보는 바와 같이, PA66 는 0.
수분 흡수율을 개선하기 위해 무극성 고분자인 폴리프로필렌을 혼합하였으며, 폴리아미드와 폴리프로필렌 간의 상용성을 증진시키기 위해 무수 말레인산이 그라프트된 변성 폴리프로필렌(PP-g-MA)을 첨가하였다.

대상 데이터

수분 흡수율을 개선하기 위해 무극성 고분자인 폴리프로필렌을 혼합하였으며, 폴리아미드와 폴리프로필렌 간의 상용성을 증진시키기 위해 무수 말레인산이 그라프트된 변성 폴리프로필렌(PP-g-MA)을 첨가하였다. 또한 충격 향상을 위한 탄성재료로는 폴리프로 필렌과 상용성이 우수한 폴리올레핀 엘라스토머(POE, polyolefin elastomer)를 혼합하였다. 각각의 배합 비율에 따른 기계적 특성에 미치는 영향을 고찰하고자 하였다.
본 실험에서의 PA66는 Solvay사의 RV2.7 (27AE1K) 그레이드를 사용하였으며, PP는 폴리미래(Korea)사의 block PP인 EP400M 그레이드를 사용하였다. 상용화제로 사용된 PP- gMA (MAH)는 켐코정밀(Korea)사의 CHEMS MP600PP 그레이드를 사용하였으며, 탄성재료인 POE는 KETONG (China) 사의 KT-10 그레이드를 사용하였다.
7 (27AE1K) 그레이드를 사용하였으며, PP는 폴리미래(Korea)사의 block PP인 EP400M 그레이드를 사용하였다. 상용화제로 사용된 PP- gMA (MAH)는 켐코정밀(Korea)사의 CHEMS MP600PP 그레이드를 사용하였으며, 탄성재료인 POE는 KETONG (China) 사의 KT-10 그레이드를 사용하였다. PA66/PP 블랜딩은 이축 압출기(L/D=40/1)로 배합하였으며, 압출 온도는 270℃ 내외, 스크류 속도는 500 rpm으로 진행하였다.

이론/모형

2차 실험에서는 MAH의 함량(0 phr, 2 phr, 4 phr, 6 phr)에 따른 기계적 물성 측정을 통해 상용화제 함량을 정하였으며, 3차 실험에서는 탄성재료의 함량(0 phr, 3 phr, 5 phr, 7 phr)에 따른 기계적 물성 측정을 통해 최종 소재의 함량비를 도출하였다. 소재의 기계적 물성은 자동차 퓨즈 박스에 적용되기 위한 요구 물성 수준을 기준으로 하였다.

성능/효과

1차 실험에서의 이원 블랜드의 기계적 물성 검토 결과, 자동차 퓨즈 박스에 적합한 인장강도 및 충격강도를 보인 배합은 PA/PP08로 PP의 함량은 20%로 설정하였다. 다만, 충격강도가 매우 낮은 수준을 보이고 있어 이에 대한 개선이 필요하다.
^5,6 또한 수분 흡습을 줄이기 위해 무극성의 고분자와의 혼합을 통해 수분 흡수율을 감소시키거나, ³ 판상현 나노 첨가제를 혼합한 복합소재 개발을 진행하였다. ^2,7 폴리아미드와 무극성 고분자 또는 탄성재료와의 블랜딩은 두 고분자간 높은 극성차이로 인해 상용성이 없어 물성이 매우 나쁜 결과를 초래한다. ^3,5 이를 개선하기 위한 방법으로는 상용화제를 물리적으로 첨가하거나 두고분자 중 하나와 화학적 결합할 수 있는 반응형 상용 화제를 첨가하는 것이다.
또한, 내충격성을 향상시키기 위해 도입된 POE로 인해 PA 기반 블랜드의 충격 강도가 2배(POE 5 phr의 경우) 이상 향상된 결과를 보였다. 결론적으로, PP-g-MA 및 POE를 이용 하여 PA66의 충격 강도 개선 및 수분 흡수율 감소 분야에 상업적으로 접근이 가능하고 PA 기반 블랜드 분야의 확대 응용이 가능함을 확인할 수 있었다.
이로 인해 인장강도 및 굴곡강도가 급격히 감소하는 것으로 판단된다. 다만, PA66보다 PP의 충격강도가 더 높기 때문에 PP의 함량이 증가 할수록 블랜드의 충격강도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.
03% 정도의 수분 흡수율을 보였으며, PA/ PP 이원 블랜드의 경우, PP의 함량이 증가할수록 수분 흡수율이 감소하는 경향을 보였다. 또한, MAH 도입에 따라 PA66 의 단점인 흡수성을 감소시킨 것을 확인할 수 있으나, 과량이 첨가된 경우(본 연구에서는 6 phr) 수분 흡수성이 증가하는 경향을 보였다. 하지만, Figure 8에서 보는 바와 같이, POE의 첨가한 블랜드의 경우 PA/PP 이원 블랜드 대비 약 17% 수분 흡수율이 감소하는 경향을 보였다.
상용화제 함량이 증가함에 따라 PP 분산상의 크기가 감소 하는 것을 확인하였으며, 이를 통해 PA와 PP의 상용성 개선에 큰 역할을 하는 것을 알 수 있고, 기계적 물성을 측정한 결 과, 본 연구에서는 PP-g-MA의 적정 함량은 2 phr임을 확인하 였다. 또한, 내충격성을 향상시키기 위해 도입된 POE로 인해 PA 기반 블랜드의 충격 강도가 2배(POE 5 phr의 경우) 이상 향상된 결과를 보였다. 결론적으로, PP-g-MA 및 POE를 이용 하여 PA66의 충격 강도 개선 및 수분 흡수율 감소 분야에 상업적으로 접근이 가능하고 PA 기반 블랜드 분야의 확대 응용이 가능함을 확인할 수 있었다.
40 MPa을 보이고 있다. 또한, 이원 블랜드의 인장강도 및 굴곡강도는 PP의 함량이 증가함에 따라 급격히 감소하는 것을 알 수 있다. 이러한 경향은 PA66보다 기계적 특성이 낮은 PP로 인한 경향으로 예상 된다.
Figure 6에서 보는 바와 같이, POE 함량이 증가함에 따라 충격강도 역시 급격히 증가하는 것을 알 수 있다. 반면, POE의 낮은 강성으로 인해 인장 강도 및 굴곡강도는 POE 함량이 증가함에 따라 감소하는 것을 확인할 수 있다. 탄성재료 배합에 따라 블랜드의 외부온도에 따른 팽창 정도를 알아보기 위해 열팽창계수를 측정하였으며, 그 결과 POE 함량이 증가함에 따라 19.
상용화제 함량이 증가함에 따라 PP 분산상의 크기가 감소 하는 것을 확인하였으며, 이를 통해 PA와 PP의 상용성 개선에 큰 역할을 하는 것을 알 수 있고, 기계적 물성을 측정한 결 과, 본 연구에서는 PP-g-MA의 적정 함량은 2 phr임을 확인하 였다. 또한, 내충격성을 향상시키기 위해 도입된 POE로 인해 PA 기반 블랜드의 충격 강도가 2배(POE 5 phr의 경우) 이상 향상된 결과를 보였다.
탄성재료 배합에 따라 블랜드의 외부온도에 따른 팽창 정도를 알아보기 위해 열팽창계수를 측정하였으며, 그 결과 POE 함량이 증가함에 따라 19.1 × 10-5 /℃에서 26.0 × 10-5 /℃까지 증가하는 것을 확인하였다.

참고문헌 (12)

P.-C. Lee, J. U. Ha, B.-R. Kim, S. K. Jeoung, W. Jung, D. Shin, J. H. Han, and Y.-K. Bang, "Melt Flow Improvement of Polyamide 6/Glass Fiber Composite Using Amide-type Lubricant", Polym. Korea, 42, 568 (2018).

상세보기
P.-C. Lee, B.-R. Kim, C. Um, S. H. Kim, H. U. Lee, J. U. Ha, S. K. Jeoung, D. Shin, and W. Jung, "Study on Water Uptake in Polyamide-based Metallic Nanocomposites", Polym. Korea, 43, 139 (2019).

상세보기
B. U. Nam and S. J. Kim, "A Study on the Commercialization of Polyamide 66/Polypropylene Blend", Elastomers and Composites, 38, 262 (2003).
J.-Y. Lee and K.-J. Kim, "Overview of Polyamide Resins and Composites : A Review", Elastomers and Composites, 51, 317 (2016).

원문보기 상세보기
Y. Lee, C.-W. Lee, Y.-H. Cha, and Y.-M. Hahm, "Properties of PA 6,6/Elastomer Blends with Various Elastomer Content", Elastomers and Composites, 34, 20 (1999).
T. Lee, C. Yoon, D.-S. Bang, D.-Y. Ahn, H. Kye, and K.-C. Shin, "A Study on the Manufacturing and Mechanical Properties of the PA66/EPDM/PP Composites for Enhanced Low Temperature Fracture Resistances", Elastomers and Composites, 44, 164 (2009).
D. P. N. Vlasveld, J. Groenewold, H. E. N. Bersee, and S. J. Picken, "Moisture absorption in polyamide-6 silicate nanocomposites and its influence on the mechanical properties", Polymer, 46, 12567 (2005).

상세보기
G. M. Shashidhara, D. Biswas, B. S. Pai, A. K. Kadiyala,G. S. W. Feroze, and M. Ganesh, "Effect of PP-g-MAH compatibilizer content in polypropylene/nylon-6 blends", Polym. Bull., 63, 147 (2009).

상세보기
S. K. Pal and D. D. Kale, "Effect of processing conditions and properties of PP/nylon 6 blends", J. Poly. Res., 7, 107 (2000).

상세보기
A. Gonzalex-Montiel, H. Keskkula, and D. R. Paul, "Morphology of Nylon 6/Polypropylene Blends Compatibilized with Maleated Polypropylene", J. Polym. Sci. Polym. Phys., 33, 1751 (1995).
S. N. Sathe, S. Devi, G. S S. Rao, and K. V. Rao, "Relationship Between Morphology and Mechanical Properties of Binary and Compatiblized Ternary Blends of Polypropylene and Nylon 6", J. Appl. Polym. Sci., 61, 97 (1996).

상세보기
D. J. Kang, S. H. Lee, K. Pal, C. Y. Park, Z. X. Zhang, D.-S. Bang, and J. K. Kim, "Preparation and Characterization of Grafted Maleic Anhydride onto Polypropylene by Reactive Extrusion", Polym. Korea, 33, 358 (2009).

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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