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문제 정의
- 본 연구에서는 천연고무를 사용하여 2단 발포방식에 의하여 발포고무를 제조하고 시료가 연료와 접촉할 때 발생하는 팽윤거동을 조사하였다. 동일한 원료조건에서 1차금형시간과 2차금형시간을 변경시켜 천연고무의 가교도와 스폰지의 셀구조를 조절하였고 용매의 종류에 따른 스폰지의 팽윤거동을 검토하였다.
제안 방법
- 고무가 가교되지 않은 상태에서 발포제가 분해되면 발생한 기체는 셀구조를 제대로 형성하지 못하고 고분자콤파운드 밖으로 새어 나가게 되므로 가압상태(150㎏/㎠)의 1차금형에서 발포제가 분해되지 않는 다소 낮은 온도에서 천연고무를 부분적으로 가교시킨 이후 신속하게 약간 높은 온도와 대기압조건의 2차금형으로 옮겨서 발포와 가교반응을 완결시켰다. 1차금형과 2차금형의 온도는 Oscillating Disk Rheometer를 활용하여 고무컴파운드의 가황특성을 평가하여 결정하였으며 각 금형의 체류시간 효과를 검토하였다. 일정한 2차금형조건(온도 180℃, 압력 대기압, 체류시간 30분)에서 1차금형(온도 150℃, 압력 150㎏/㎠)의 체류시간을 15∼25분으로 설정하였고, 일정한 1차금형조건(온도 150℃, 압력 150㎏/㎠, 체류시간 20분)에서 2차금형(온도 180℃, 압력 대기압)의 체류시간 20∼40분을 유지하였다.
- 다음에 고무의 스폰지 구조를 얻기 위하여 사용하는 발포제와 고무의 가교반응을 일으키는 황과 촉진제 그리고 과산화물은 Roll-Mill 작업에서 투입하였다. Roll-Mill을 통하여 얻은 시트를 적절한 두께로 몇 장 겹쳐서 금형에 넣고 고무의 가교반응과 발포제의 분해반응을 진행시켜 발포고무 시편을 제조하였다.
- 일정한 2차금형조건(온도 180℃, 압력 대기압, 체류시간 30분)에서 1차금형의 체류시간에 따른 천연고무 스폰지의 겉보기밀도를 그림1에, 용매 종류별 천연고무 스폰지의 부피팽윤비와 질량팽윤비를 그림 2와 그림3에 각각 나타내었다. 가교제, 발포제 및 기타 첨가제를 포함한 모든 원료의 종류와 함량을 동일한 조건으로 혼련한 컴파운드를 사용하였다. 그림 1에서 천연고무 컴파운드 시료가 150℃, 가압조건의 1차금형에서 체류하는 시간이 15분에서 길어지면 발포고무의 겉보기 밀도가 0.
- 가교는 황과 과산화물을 섞어 사용하는 공가교방식을 채택하였으며 발포제는 중탄산나트륨을 사용하였다. 각종 첨가제를 포함한 모든 원료조건을 동일하게 유지하고 성형조건을 변경시켰다. 발포는 1차금형에서 발포제가 분해되지 않는 다소 낮은 온도에서 천연고무를 부분적으로 가교시킨 이후 약간 높은 온도와 대기압조건의 2차금형으로 옮겨서 발포와 가교반응을 완결시키는 2단발포를 적용시켰다.
- 금형에서 제거한 발포고무는 시간이 흐르면서 부피가 수축하므로 실온에서 1개월 이상 방치하여 안정화 시킨 후 밀도를 측정하고 팽윤실험을 실시하였다. 팽윤실험에 필요한 시편은 금형과 접촉한 스킨 층을 배제시키고 셀의 분포가 비교적 균일한 중간부위를 사용하였다.
- 본 연구에서는 천연고무를 사용하여 2단 발포방식에 의하여 발포고무를 제조하고 시료가 연료와 접촉할 때 발생하는 팽윤거동을 조사하였다. 동일한 원료조건에서 1차금형시간과 2차금형시간을 변경시켜 천연고무의 가교도와 스폰지의 셀구조를 조절하였고 용매의 종류에 따른 스폰지의 팽윤거동을 검토하였다.
- 발포고무를 제조하기 위하여 먼저 소형 Kneader와 Roll-Mill을 사용하여 고무컴파운드를 제조하고 온도와 압력이 조절되는 프레스에서 시편을 성형하였다. 천연고무 덩어리를 Kneader에 넣고 어느 정도 균일한 상태가 되면 화학반응을 일으키지 않는 보강제와 첨가제를 넣고 약 10분 정도 혼련을 실시하였다.
- 발포고무의 셀구조는 주사전자현미경을 통하여 관찰하였다. 시료를 액체질소에 담가 급냉시킨 후 충격을 가하여 파단면을 형성하고 진공에서 표면에 금을 코팅하여 전자현미경 관찰에 필요한 시편을 제조하였다.
- 팽윤실험에 필요한 시편은 금형과 접촉한 스킨 층을 배제시키고 셀의 분포가 비교적 균일한 중간부위를 사용하였다. 시료를 2㎝ x 1.5㎝ x 0.5㎝의 직육면체 크기로 잘라서 20 ～ 23℃ 온도에서 충분한 양의 용매에 담가 2분 후 꺼내어 시료의 표면에 묻은 용매를 티슈로 가볍게 제거하고 신속하게 시편의 질량과 부피를 측정하여 질량팽윤비와 부피팽윤비 값을 결정하였다. 팽윤실험은 항공기 연료탱크의 발포저항성에 관한 규격을 충족시키기 위하여 제시되어 있는 조건을 따랐다[3].
- 발포고무의 셀구조는 주사전자현미경을 통하여 관찰하였다. 시료를 액체질소에 담가 급냉시킨 후 충격을 가하여 파단면을 형성하고 진공에서 표면에 금을 코팅하여 전자현미경 관찰에 필요한 시편을 제조하였다.
- 일정한 2차금형조건(온도 180℃, 압력 대기압, 체류시간 30분)에서 1차금형(온도 150℃, 압력 150㎏/㎠)의 체류시간을 15∼25분으로 설정하였고, 일정한 1차금형조건(온도 150℃, 압력 150㎏/㎠, 체류시간 20분)에서 2차금형(온도 180℃, 압력 대기압)의 체류시간 20∼40분을 유지하였다.
- 발포고무를 제조하기 위하여 먼저 소형 Kneader와 Roll-Mill을 사용하여 고무컴파운드를 제조하고 온도와 압력이 조절되는 프레스에서 시편을 성형하였다. 천연고무 덩어리를 Kneader에 넣고 어느 정도 균일한 상태가 되면 화학반응을 일으키지 않는 보강제와 첨가제를 넣고 약 10분 정도 혼련을 실시하였다. 다음에 고무의 스폰지 구조를 얻기 위하여 사용하는 발포제와 고무의 가교반응을 일으키는 황과 촉진제 그리고 과산화물은 Roll-Mill 작업에서 투입하였다.
- 천연고무를 사용하여 발포고무를 제조하고 용매의 접촉에 따른 팽윤거동을 연구하였다. 팽윤실험에서 사용한 용매는 항공유, 이소옥탄과 톨루엔이었다.
대상 데이터
- 천연고무 덩어리를 Kneader에 넣고 어느 정도 균일한 상태가 되면 화학반응을 일으키지 않는 보강제와 첨가제를 넣고 약 10분 정도 혼련을 실시하였다. 다음에 고무의 스폰지 구조를 얻기 위하여 사용하는 발포제와 고무의 가교반응을 일으키는 황과 촉진제 그리고 과산화물은 Roll-Mill 작업에서 투입하였다. Roll-Mill을 통하여 얻은 시트를 적절한 두께로 몇 장 겹쳐서 금형에 넣고 고무의 가교반응과 발포제의 분해반응을 진행시켜 발포고무 시편을 제조하였다.
- 팽윤실험은 항공기 연료탱크의 발포저항성에 관한 규격을 충족시키기 위하여 제시되어 있는 조건을 따랐다[3]. 용매는 항공유, 이소옥 탄과 톨루엔을 사용하였다. 밀도와 팽윤비는 모든 경우 3회 이상 측정하여 얻어진 값들의 평균치를 Data로 취하였다.
이론/모형
- 5㎝의 직육면체 크기로 잘라서 20 ～ 23℃ 온도에서 충분한 양의 용매에 담가 2분 후 꺼내어 시료의 표면에 묻은 용매를 티슈로 가볍게 제거하고 신속하게 시편의 질량과 부피를 측정하여 질량팽윤비와 부피팽윤비 값을 결정하였다. 팽윤실험은 항공기 연료탱크의 발포저항성에 관한 규격을 충족시키기 위하여 제시되어 있는 조건을 따랐다[3]. 용매는 항공유, 이소옥 탄과 톨루엔을 사용하였다.
성능/효과
- 일정한 2차금형조건에서 1차금형시간을 증가시키면 천연고무 스폰지의 겉보기 밀도는 증가하고 팽윤비는 감소하였다. 일정한 1차금형조건에서 2차금형시간을 증가시키면 스폰지의 겉보기 밀도는 감소하고 팽윤비는 증가하였다.
- 1차금형과 2차금형의 온도는 Oscillating Disk Rheometer를 활용하여 고무컴파운드의 가황특성을 평가하여 결정하였으며 각 금형의 체류시간 효과를 검토하였다. 일정한 2차금형조건에서 1차금형시간을 증가시키면 천연고무 스폰지의 겉보기 밀도는 증가하고 팽윤비는 감소하였다. 일정한 1차금형조건에서 2차금형시간을 증가시키면 스폰지의 겉보기 밀도는 감소하고 팽윤비는 증가하였다.
후속연구
- 29g/㎤ 수준으로 감소한다. 본 연구의 실험에서 설정한 2차금형의 온도에서 발포제의 분해반응이 왕성하게 진행되며 천연고무의 가교 반응이 완결될 수 있는 조건이다. 따라서 2차금형에 머무르는 시간이 늘어나면 발포셀의 크기가 증가하고 어떤 셀들은 합쳐져서 거대 셀을 형성할 것으로 기대된다.
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