방사공학(노트정리)

본문내용

반응하여 착색되므로 중합 전에 환원제와 반응시킨 후 distillation에 의해 제거해야 함
. Mitsubishi rayon
bulk polymerization(60% yield) --> 미반응 monomer, 분자량 조정제 등 휘발성 물질 제거하면서 방사(vent extrusion)
. 중합 공정의 주의점
중합물(monomer와 polymer의 혼합물)을 균일하게 저어주는 것이 중요. 교반이 불량하면 점도가 높아지고 계내의 온도가 올라가 중합 정지 반응이 어렵다.
중합 반응은 가능한 한 저온에서 진행되어야 함. 고온에서는 MMA의 oligomer가 생성되고, oligomer는 쉽게 열분해되어 착색시킴.
. 휘발성 물질 제거 공정 --> [Fig. 10.6]
가능한 한 저온에서
전단력에 의한 부분적 가열 없을 것
polymer의 체류가 없을 것
장치로부터 이물질의 발생이 없을 것
10.5.1 Extruder with degassing hole [Fig. 10.6]
. 보통의 extruder; feeding hole 앞쪽에 degassing hole이 위쪽 방향으로 있음.
신 개발 extruder; feeding hole 뒤쪽에 degassing hole이 있음. feeding hole 앞뒤의 screw의 나사 방향이 반대로 되어 polymer는 앞으로 전진, 불순물은 뒤로 후퇴되어 제거됨.
10.5.2 Cylindrical vertical purifier [Fig. 10.6]
. 원통형 불순물 제거 장치
blend(polymer+불순물)가 feeding hole로부터 cylinder벽으로 공급됨 --> cylinder의 온도가 높기 때문에 blend가 syrup 상태로 흘러 내림 --> 휘발 성분이 degassing hole을 통하여 제거됨 --> polymer는 압력에 의해 screw 아래 쪽으로 이동되어 분리됨
. pipe, screw, cylinder 등에서 떨어져 나온 금속 성분은 전송 손실에 큰 영향을 미침
[Table 10.1] --> Co, Cr의 전송 손실이 가장 큼
10.6 Spinning technique for plastic optical fiber
. core-sheath형 복합 방사 nozzle --> [Fig. 10.7]
. 방사시 주의점
1) polymer가 오래 체류되지 않도록 할 것
2) 방사 장치로부터 불순물이 나오지 않을 것
3) spinning nozzle의 성능이 좋을 것
4) core와 sheath 물질의 점성을 잘 맞출 것
. pipe의 길이를 가능한한 짧게하고 표면을 매끄럽게 해야함
. dead-end polymerization을 시키는 것이 중요
dead-end polymerization --> [Fig. 10.8]
. 불규칙한 계면과 불균일한 core dia.는 전송 손실의 주 원인이 됨 <-- 주로 방사 공정에서 발생. nozzle 설계와 적절한 fluidity를 주기 위한 방사 조건 설정이 중요.
. core 물질의 열에 의한 변색을 막기 위해서 방사 온도는 가능한한 낮아야 함
. shear stress는 melt fracture를 막기 위해서 106 dyne/cm2이하로 유지해야 함
<-- 분자량, 온도, nozzle dia. 등의 적정 운전 조건 설정 필요
. nozzle 개선 방법 [Table 10.2]
. sheath/core 용융 점도 비에 따른 계면 형태 --> [Fig. 10.9]
용융 점도 비가 클수록 계면이 smoth
. [Fig. 10.10] --> sheath/core 용융 점도 비와 전송 손실의 관계
점도 비가 클수록 전송 손실이 적어지지만 fiber 표면의 형태가 불규칙해짐.
. 상업화된 PMMA의 650nm에서의 전송 손실; 120dB/km. 공정 개선을 통하여 20dB/km를 더 줄일 수 있을 것으로 기대됨. fluoro polymer 등의 투명 물질을 사용하면 이론적으로 전송 손실을 5dB/km로 만들 수 있음.
10.7 Other process for manufacturing plastic optical fiber
10.7.1 Polycarbonate(PC)
. 내열성이 PMMA보다 30℃높은 120℃임
. 1986년 Mitsubishi rayon에서 처음 상품화시킴.
. PC polymer를 methylene chloride를 함유하고 있는 유기 용제에 녹여 불순물과 미반응 물질을 제거함 --> 건조 --> 용융시켜 pellet화시킴 --> 방사
. mp는 245℃, 분해 온도는 280-320℃이므로 용융시 열분해되지 않도록 주의해야 함. 열분해되면 전송 손실이 증가됨. 열분해 방지를 위해 중합물을 pellet화 시키지 않고 바로 방사하기도 함.
. 결정화되면 불투명해져 전송 손실 증가되므로 방사시 결정화되지 않도록 주의함. 방사시 최대 결정화 온도(190℃)를 피함.
10.7.2 Organic silicone
. organic silicon의 장점; 유연성이 좋으며 내열성 및 내약품성이 좋다.
. 제조 방법
1) vinyl alkyl siloxane과 백금 촉매의 혼합물을 tetrafluoroethylene/tetrafluoropropylene copolymer로 된 hollow tube에 사출한 후, 열에 의해 중합시킴.
2) core(액체 siloxane polymer + 촉매)와 sheath(core보다 굴절률이 낮은 액체 siloxane
polymer) 물질을 Fig. 10.11의 장치를 사용하여 복합 방사한 후 열에 의해 가교시킴.
3) 2)항의 core 물질을 방사한 후 sheath 물질을 dip coating에 의해 coating
10.7.3 thermosetting resin
. thermosetting resin의 장점; 고온에서도 변형되지 않음
thermosetting resin이 core 물질로, teflon이 sheath 물질로 사용됨.
. [Fig. 10.12] monomer가 pump에 의해 stainless tube로 이송 --> 뜨거운 물에서 중합됨
--> 방사 --> heater에서 가교됨 --> sheath 물질 coating

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