고분자 재료 실험 Polyolefin 수지의 압축 성형

목차

1.Polyolefin 수지의 압축 성형---------1

2.날짜, 시간 ----------------------1

3.장소 --------------------------1

4.실험 개요 ----------------------1

5.배경이 되는 이론 및 관련 이론 ------1

6.실험 준비물 ---------------------7

7.실험 과정 ----------------------7

8.실험 결과 ----------------------8

9.특이사항 ----------------------12

10.문제 ------------------------12

본문내용

지 측정한다.
8. 결과로 나온 date를 저장한다.
9. 나온 date를 이용하여 graph를 비교 분석 한다.
8. 실험 결과
- Polyolefin 수지의 냉각속도에 따른 변화에 대한 것을 PP로 압축성형 후 급냉과 서냉 해서 두 종류의 성형품을 인장강도 테스트를 위해 cutter기를 이용해 시편을 만들고 UTM으로 인장 테스트를 한 결과 서냉시킨 시편은 flexible 하긴 했지만 금방 끊어지는 반면 급냉 시킨 시편은 1.5배 이상 늘어나는 것을 볼 수 있었다. 이는 곧 냉각속도가 재료의 결정화도와 밀접한 관련이 있음을 말해준다. 냉각속도가 빠르면 결정화도가 낮아서 기계적성질은 낮아지지만 탄성과 toughness가 좋아지고 결정이 작아서 투명성을 띤다. 반면 서냉시킨 시편은 결정화도가 높아 어느정도 유연한을 보이긴 하지만 급냉시킨 것에비해 기계적성질이 좋고 stiff해서 금방 끊어진다.
냉각속도 증가 - 결정화도 감소
결정크기 감소
기계적 성질 감소
탄성과 toughness 증가
clarity 증가
냉각속도 감소 - 결정화도 증가
결정크기 증가
기계적 성질 증가
탄성과 toughness 감소
clarity 감소
즉, 냉각속도는 『탄성, toughness, clarity』와 비례하고, 『결정화도, 결정크기, 기계적성질』와 반비례한다.
급냉
tensile strength
strain at break(%)
yield stress
modulus
PP 1
20.06908
9.08710
20.23026
45.7320
PP 2
29.17034
8.85017
24.27184
73.9574
PP 3
25.90697
7.63066
23.60587
100.1344
PP 4
26.08224
7.83972
22.52557
79.4191
PP 5
3.049125
0.44947
23.29757
280.2801
서냉
tensile strength
strain at break(%)
yield stress
modulus
PP 1
20.88192
0.16097
22.07717
578.9315
PP 2
22.02575
0.17898
22.78978
592.9382
PP 3
19.25111
0.211428
20.18111
503.2940
PP 4
19.10231
0.10034
20.12996
594.0569
PP 5
19.34869
0.06271
19.67613
626.5007
급냉
tensile stress
Yield stress
Strain at break
Modulus
LDPE(1)
9.291188
-
5.05961
128.105579
LDPE(2)
9.730066
-
4.972376
130.683174
LDPE(3)
9.07441
-
4.274498
134.675952
LDPE(4)
10.12655
-
4.914219
167.541741
LDPE(5)
9.772277
-
4.943297
126.315965
서냉
Tensile stress
Yield stress
Strain at break
Modulus
LDPE-1
9.802724
-
4.710672
208.0777233
LDPE-2
7.896389
-
2.460017
211.7028885
LDPE-3
8.621484
-
3.576621
243.5964580
LDPE-4
10.54857
-
5.117767
198.2109019
LDPE-5
7.50965
-
1.57255
193.0774873
9. 특이사항
미성형으로 인한 실험 실패가 한 번 있었다. 이는 온도와 압력이 성형가능 온도와 압력보다 낮아서 생긴 결과인데, 사진을 자세히 보면 pellet이 녹아서 성형이 되지않고 그대로 좁쌀 모양을 유지하고 있는 것이 보인다.
이 후, 실험 조교의 조언으로 온도와 압력을 올려 실험하여 실험은 성공하였다.
10. 문제
1. 냉각속도(온도)의 차이로 인해 성형된 polymer의 외형적 변화에 대해 적고 변화의 이유는 무엇인지 밝혀라.
- 얼음물에 넣어 급속히 냉각시킨 sample이 상온에서 천천히 냉각시킨 sample보다 더욱 불투명하였다. 이는 급속히 온도가 내려가 결정이 커지기 전에 시료가 굳어버리기 때문이다.
2. 냉각속도가 다르게 하여 제조된 LDPE와 PP시편이 다른 강도를 나타내는 이유는 무엇이며 이를 분자적 수준에서 논의하여라.
- LDPE의 경우에는 공기 중에서 방치하여 냉각시키는 경우에 강도가 더 높게 되고, PP의 경우는 찬 얼음물에 냉각시키는 경우에 더 높은 강도를 보인다. PP는 CH3가 곁사슬로 있는 구조를 가지고 있다. 이 곁사슬 때문에 결정성을 이루면 주 사슬과 주 사슬에 간격이 생기고 분자 쇄 간에 작용할 수 있는 물리적인 힘이 적게 된다. 따라서 무질서하지만 비교적 분자 쇄들의 간격이 좁은 비결정성 상태(찬 얼음물에 냉각시키는 경우)의 강도가 높게 된다. LDPE는 곁가지가 비교적 많고 길어서 무질서하게 있으면 분자 쇄들이 더 멀어져 분자 쇄 간에 작용하는 물리적인 힘이 질서 있게 정렬된 결정성보다 적게 된다. 따라서 LDPE는 공기 중에서 방치하여 냉각시키는 경우에 강도가 더 높게 된다.
3. 고분자 특히 결정성고분자의 성형에 있어 주의해야 할 것은 무엇이고 냉각속도에 따라 발생할 수 있는 문제로는 무엇이 있는지 조사하여 보아라.
- 결정성고분자이기 때문에 열에 의한 가공성형을 할 때 재료의 Tg를 확인하고 그 이상의 가열온도를 낼 수 있는 충분한 열용량의 성형기가 필요하고 고분자의 가장 취약점인 열분해가 일어나지 않도록 온도조절을 잘해야 한다. 또한 재료의 수축의 양은 성형품의 두께에 의존한다. 성형품의 두께 증가와 함께 결정화도의 증가에 대한 기회도 증가하기 때문이다. 결정성 고분자가 용융되어서 유동성이 있는 상태에서 성형을 하고 냉각 되면서 결정이 재배열되고 배향이 이뤄지면서 그 성형품이 원 재료의 성질을 그대로 갖기도 하고 달라지기도 하는데 그 때문에 냉각속도가 결정을 이루는데 있어 지대한 영향을 끼친다.
PP의 경우 결정성 영역이 큰 재료로 두꺼운 제품의 경우 냉각Time을 적게 갖고 갈 경우 휨, 수축 등의 성형 결함이 크며, LDPE의 경우 결정 구조는 작지만 PP와 유사한 현상을 나타낼 수 있다.

키워드

고분자,   수지,   압축,   성형