초록 ▼

재료나 부품의 이종 소재가 서로 접해 있으면서 전기음성도가 다를 경우 각각 양극과 음극으로 자리매김하여 그들 사이에 물과 같은 매질이 있으면 국부적 전지회로가 형성되고, 전기화학적인 메커니즘에 의해 해당소재는 전기화학적 열화(electro-chemical degradation, ECD)를 격게 된다. 자동차 엔진의 경우에도, 엔진상부의 금속부와 고무호스의 접속부 사이에는 60℃ 이상으,로 가열된 냉각수 용액이 매체로 있으므로, 고무호스에 함유되어 있는 카본블랙(CB)이 (+)전극, 금속부가 (-)전극이 되어 자연스럽게 ‘갈바니셀 전

재료나 부품의 이종 소재가 서로 접해 있으면서 전기음성도가 다를 경우 각각 양극과 음극으로 자리매김하여 그들 사이에 물과 같은 매질이 있으면 국부적 전지회로가 형성되고, 전기화학적인 메커니즘에 의해 해당소재는 전기화학적 열화(electro-chemical degradation, ECD)를 격게 된다. 자동차 엔진의 경우에도, 엔진상부의 금속부와 고무호스의 접속부 사이에는 60℃ 이상으,로 가열된 냉각수 용액이 매체로 있으므로, 고무호스에 함유되어 있는 카본블랙(CB)이 (+)전극, 금속부가 (-)전극이 되어 자연스럽게 ‘갈바니셀 전지 회로’를 형성하여 고무부의 ECD 노화가 발생한다.
본 연구에서는 기계적 열적 부하를 동시에 가할 수 있는 전기화학적 복합노화 시험 장치를 개발하고 이를 이용해 EPDM 고무 시험편의 전기화학적 노화거동과 시험편의 표면/내부 조직의 변화를 분석하였다.
전류값의 변화거동을 검출한 결과, 노화 초기 약 50시간까지 급격한 저하를 보이다가 이후 완만하게 낮아졌다. 이것은 전기화학적 노화가 초기에 집중적으로 발생한 것이며, 전기화학적 스트레스를 받게 되면 시편 표피부에서 화학적인 변화에 의해 고분자 사슬의 끊어짐(chain scission)과 미세기공, 미세균열이 발생하고 이로 인해 시험편전체의 전기저항이 증가한 것을 확인하였다.
기계적 인장변형률이 클수록, ECD 노화가 크게 발생하여 인장강도와 파괴 신장률이 급격하게 저하되는 것을 확인 하였다.
노화시험온도가 높을수록 인장강도, 파괴신장률 및 IRHD경도는 저하되는 거동을 보이고 있다. 또한, 전압을 가하지 않은 시험편(0V)은, 노화후에 인장강도와 IRHD경도가 다소 높아졌다. 이는, 온도 100℃, 168시간의 유지로 황가교점이 다소 증가하여 경화가 진행되어, 인장강도와 경도를 상승시켰기 때문으로 생각된다. 반면에 DC 12V의 전압을 가한 시험편은 인장강도와 IRHD경도가 급격하게 낮아졌다.
광학현미경을 이용하여 표면과 내부를 관찰한 결과, 냉각수가 침투하면서 형성된 표피 노화층이 선명하게 관찰되었다. 이는 고분자 사슬간의 황가교 절단이 많이 일어나면서 생긴 미세공간에 냉각수가 침투하였음을 가리킨다. 카본불랙이 고무소재에 없을 경우, 갈바니 회로생성에 필요한 양극이 사라져서 사실상 ECD노화가 발생하지 않았다. ECD 가속노화에 의해 카본블랙 함유 고무의 취약화와 고무기질내의 황가교절단으로 표피영역에 냉각수가 침투하여 노화표피층을 형성하는 것으로 확인되었다.
시험편의 파면을 SEM으로 관찰한 결과, ECD노화에 의해 표피부에서 최대 20 ㎛ 정도인 미소홀(micro-hole)과 미소구멍(micro-tunnel)이 형성되었다. 이러한 원인은 시험편 표면에 접한 냉각수가 시험편에 침투하여 카본블랙과 계면부를 파괴하고 고무 모재의 황가교결합을 끊어 직접적인 전기화학적 복합노화를 발생시켰기 때문으로 생각된다. 전기화학적 복합노화의 중요한 현상은 고무 표면의 파괴된 카본블랙과 파손된 고무모재에 미소홀이 생성되어 냉각수가 침투한 것이다. 이러한 냉각수의 침투는 고무 시험편의 게이지부를 더욱 연화(softening)시키고 부풀(swelling)게 하였다. 이와 같은 현상은 앞에서 언급한 냉각수가 침투된 노화층(시험편 표면부)과 침투되지 않은 비노화층(시험편 중심부)의 명확한 차이를 통해 확인할 수 있었다.
또한, CB를 기존배합비로 유지하면서 카본나노튜브(CNT)를 수% 균일하게 섞은 결과, CNT가 ECD내 구성을 상당히 개선시켜 고무호스 소재의 탄성계수와 경도를 유지하고 미소구멍의 형성을 지연시키며 수명을 늘리는데 크게 기여하였음을 확인하였다.