Elastomers and Composites Vol. 44, No. 1, pp. 47~54 (March 9) 보강제에따른 EPDM 의원적외선가교특성연구 김정수 이진혁 정우선 배종우 박희창 * 강동필 ** 한국신발 피혁연구소고무재료연구부, * 한국기계연구원지능형정밀기계연구본부, ** 한국전기연구원재료응용연구단 (8 년 11 월 11 일접수, 9 년 1 월 7 일수정및채택 ) Effects of Reinforcing Fillers on Far-infrared Vulcanization Characteristics of EPDM J. S. Kim, J. H. Lee, W. S. Jung, J. W. Bae H. C. Park*, and D. P. Kang** Rubber Material Research Division, Korea Institute of Footwear & Leather Technology, P.O. Box 786-50 Danggam-Dong, Jin-Gu, Busan 614-100, Korea *Intelligent & Precision Machinery Research Division, Korea Institute of Machinery & Materials, P.O. Box 20 171 Jang-dong, Yuseong-gu, Deajeon 305-343, Korea **Nano Composite Materials Research Group, Korea Electrotechnology Research Institute, P.O. Box 20, Changwon, 641-0, Korea E-mail:jwbae@kiflt.re.kr (Received November 11, 8, Revised & Accepted January 7, 9) 요약 : 본연구에서는다양한종류의보강제를혼합한 EPDM 컴파운드의원적외선에의한가교반응을조사하였다. 보강제가원적외선에의한가교반응에미치는영향을평가하기위하여컴파운드의발열온도및 DSC 분석에의한가교도를측정하였으며, 특히원적외선에의한가교특성을비교하기위하여동일조건에서열풍에의한가교반응을조사하였다. 원적외선가교조건에서카본블랙을혼합한 EPDM 컴파운드는입자크기가증가함에따라열전도도가증가하며이에따라원적외선에의한가교도역시증가하였으나, 열풍에의한가교도의변화에는거의영향을주지못하였다. 보강제종류에따른원적외선가교특성평가결과, 열전도도가높은아세틸렌블랙을함유한컴파운드의가교도가가장높게나타났으며, 열전도도가유사한카본블랙및침강실리카의경우상대적으로원적외선흡수특성이우수한침강실리카배합컴파운드의경우원적외선에의한가교도가높게나타났다. ABSTRACT:EPDM(Ethylene-propylene-diene-terpolymer) compound reinforced with carbon black having four different particle size, acetylene black(thermal conductivity carbon black), and silica were manufactured by internal mix and open mill. To investigate the effect of particle size of filler and filler type on far-infrared, intermal temperature of compound, degree of curing, infrared spectroscopy, and thermal analysis were measured. The thermal conductivity of far-infrared vulcanized EPDM compound increased with increasing particle size of carbon filler, but hot air vulcanized EPDM compound is not affected by particle size. The thermal conductivity was increased in the order of carbon black< silica < acetylene black(thermal conductivity carbon black). Keywords:far-infrared, EPDM, reinforcement, thermal conductivity, far-infrared absorbability Ⅰ. 서론고무산업에서의생산성향상및고효율가공기술에대한요구가증가함에따라고무제품의생산방식역시기존의배치 (batch) 식에서연속 (continuous) 식으로옮겨가는추세이다. 이에따라연속식고무제품성형을위한효율적인고무가교기술의중요성이지속적으로높아지고있는데, 특히자동차용고무부품을중심으로호스, 벨트, 웨더스트립 (weather strip) 등의압출고무제품의성형을위해저에너지 / 고속가교 가가능한연속가교기술에대한필요성이급증하고있다. 연속가교공정은압출기에단일혹은복합가교장치를채용하여라인이구성되며, 일반적으로열전달매체및가교방식에따라열풍가교 (HAV, hot air ), 고주파가교 (UHF, ultra high frequency ) 등의방법이주로사용되어진다. 1-2 그러나열풍가교및고주파가교의경우각각상대적으로낮은가교효율및카본블랙이외의충전제배합적용이어려운단점등을가지므로이들가교방식의단점을개선할수있는고효율의연속가교방법을적용하려는시도가다양하
48 J. S. Kim et al. / Elastomers and Composites Vol. 44, No. 1, pp. 47~54 (March 9) Table 1. Classification of Continuous Vulcanization Classfiacation Hot air UHF Heat transfer mass Hot air Ultra high frequency Characteristics - the oldest vulcanzation method - applicable for very thin walled articles - low energy efficiency - heat of the dielectric loses - depending on reinforcement - expensive equipment - lower extrusion rate compared LCM Liquid bath to conventional processes - surface contamination 게진행되고있다. 고무의연속가교공정별특성은다음의 Table 1에나타내었다. 적외선은영국의천문학자 William Hurscel이발견한이래많은연구와다양한측정장치의개발에힘입어현재에는각분야에서다양하게활용되고있으며점차응용범위가확산되고있다. 3 적외선은측정상 0.76~4 μm까지를근적외선 (near-infrared), 4~400 μm까지를원적외선 (far-infrared) 으로나뉘어지며, 적외선은에너지를흡수한대상물질의내부분자가공명에의해발생하는격렬한진동에너지를대부분열로변화시켜물질의발열을촉진하게된다. 특히, 원적외선은빛과같은성질을갖고있기때문에굴절, 반사, 투과등의작용을하며특정한매체없이대상물질에직접복사될뿐만아니라, 가시광선이나근적외선과는달리표면깊숙이침투되는물리적특성을가진다. 4 원적외선을고무배합물의가교공정에이용하기위해서는원적외선에의한고무컴파운드의가열특성을비롯하여가교반응등의상호작용에대한연구가요구되며, 특히연속가교공정에적용되는압출고무제품의경우보강제첨가량이높기때문에보강제에따른원적외선가교특성에대한연구가필수적이다. 따라서본연구에서는고무의배합에서가장중요한요소인보강성충전제의종류에따른원적외선가교특성을연구하고자하였으며, 특히연속가교공정에가장많이쓰 이는 EPDM에적용하여보강제에따른원적외선가교특성의상호작용을조사하고자하였다. Ⅱ. 실험 1. 실험재료 본연구에서는 EPDM(KEP510, 금호석유화학 ) 을기재고무로사용하였다. 보강성충전제에따른영향을평가하기위하여입자크기별카본블랙 4종과도전성카본블랙인아세틸렌블랙및침강실리카를사용하였으며, 카본블랙은코리아카본블랙 ( 주 ) 의 furnace black 계열의 ISAF(N220), HAF(N330), (N550) 및 SRF(N774) 를, 도전성카본블랙은 Denka의 Denka black, 침강실리카는로디아실리카코리아의 Zeosil-175 를각각사용하였다. 본연구에서사용된보강성충전제의특징을 Table 2에나타내었다. 보강제에따른컴파운드의경도및작업성을일정하게유지하기위하여파라핀계프로세스오일 (P-3, 미창석유 ) 을사용하였으며, 첨가제로서산화아연 (ZnO) 및스테아린산을사용하였다. 또한, 가교제로는황, 가교촉진제로는티우람계 (TT, Tetramethylthiuram disulfide), 벤조티아졸계 (M, 2-Mercaptobenzothiazole) 를사용하였으며, 실험에사용된재료의종류와배합표는 Table 3에나타내었다. Table 3. Formulation of EPDM Compounds Component EPDM Filler ZnO St/A P-3 S8 TT M Composition 100 5 1 50 1 1.5 1 [phr] 2. 혼합 고무컴파운드는 Table 3의배합에따라서인터널믹서 (Moriyama Co., Model D3-10 Dispersion mixer, 2.0L) 에서 10분간혼합 ( 배출온도 : 120 ) 하여 CMB를제조하고오픈밀 (Yasuda Seiki Co., Model 191-TM, 6") 에서 5분간혼합하여 FMB를제조하였다. Table 2. Specification of Reinforcing Filler Type Code Particle size (nm) Nitrogen adsorption (m 2 /g) DBP adsorption numer (cc/100g) Furnace black ISAF(N220) HAF(N330) (N550) SRF(N774) 20-25 26~30 40~48 61~100 Acetylene black A-black 30~40 69 190 Precipitated silica Z-175 15~20 150-250~310 115 79 41 29 114 102 122 72
Effects of Reinforcing Fillers on Far-infrared Vulcanization Characteristics of EPDM 49 3. 원적외선가교장치고무컴파운드를가교시키기위하여 Figure 1과같은원적외선가교장치를제작하여사용하였다. 실험에사용된가교장치는열풍가교 (hot air vulacanization) 대비원적외선가교 (far-infrared ) 의효율성을평가하기위하여가교방식에따라각각대류히터 (convection heater) 및원적외선히터 (far-infrared heater) 를채용하여원적외선및열풍에의한가교반응이각각가능하도록설계하였으며, 특히원적외선가교시에는니크롬선에 250, 6~8 μm영역에서최대 0 W/m 2 μm방사출력 (emission power) 을가지는원적외선방사코팅제를도포하여제작한원적외선히터 (far-infrared heater) ( 대량실리콘 ( 주 ), Model HI-0) 를채용하였다. Figure 2는본연구에사용된원적외선히터의 300 의방사율과플랑크법칙에의거하여계산한 250 및 의방사율을나타낸것이다. Figure 2에나타난바와같이본연구의가교조건인 Far-infrared heater 250 에서약 6~8 μm파장영역에서원적외선이최대방사율을나타내고있다. 5 본연구에서의가교온도는일반적인연속가교공정온도인 210~230 보다높은 250 로설정하였다. 이는실제조건에서는초기압출물의온도가약 ~90 가되지만, 실험조건에서는상온에서보관된고무컴파운드를사용하는점과최대방사율을감안하여실제조건보다약 30 높게설정하여실험을진행하였다. 4. 발열온도측정발열온도측정은보강성충전제의종류에따라제작된컴파운드를크기가 90 mm 90 mm가되도록시료로제작하여챔버내부온도 250 에서반응시간을 1~15분, 시료두께를 1~3 mm로변화시켜측정하였다. 컴파운드온도측정을위하여디지털온도계 (Center Co., model 309) 를사용하였으며, 1 mm 두께로균일하게가공된컴파운드를적층하고적층된컴파운드사이에온도센서를삽입하여시험을수행하였다. 이때내부기포등에의한열손실을줄이기위하여공극을최소화하였으며, 원적외선및열풍가교공정에서각각온도측정시험을진행하여보강제에따른가교방식별컴파운드의발열특성을비교하였다. Sample Convection Heater Far-infrared heater Thermometer Figure 1. Schematic diagram of equipment. Emission power(w/m 2 μm) 0 700 0 500 400 300 at 300 o C at 250 o C at o C 5. 가교도측정 가교도 (degree of curing) 측정을위하여발열온도측정과동일한방법으로컴파운드를크기가 90 mm 90 mm가되도록시료로제작하여챔버내부온도 250 에서시료두께를 3 mm로하여 3분동안가교시켰다. 가교된시료들은잔열에의한추가가교를예방하기위해반응종료즉시냉각하여 DSC를이용한가교도측정시험을실시하였다. 가교도는 DSC 를측정하여얻어진미가교및가교고무컴파운드의열분석도 (thermogram) 을비교하여분석하였으며, DSC는 TA사의열분석기기인 DSC Q-100을사용하여질소기류하에서온도범위 50~300, 시편량 10 mg 조건으로측정하였다. 각시료의가교도 (degree of curing) 는식 (1) 로부터 10 /min 승온속도로 측정한미가교고무배합물및가교반응을거친고무배합물의열분석도를통해각각의피크면적을측정하여구할수있었다. ΔH 0 은미가교시료의피크면적, ΔH는가교공정을거친시료의피크면적이다. Degree of curing = 100 (%) (1) 100 0 0 5 10 15 20 Wavelength(μm) Figure 2. Temperature dependency of far-infrared emission power. 6. 적외선분광분석및열전도도측정 미가교된 EPDM 컴파운드의적외선흡수특성을조사하기
50 J. S. Kim et al. / Elastomers and Composites Vol. 44, No. 1, pp. 47~54 (March 9) 위하여적외선분광분석을수행하였다. 미가교 EPDM 컴파운드의적외선흡수스펙트럼측정을위해고무컴파운드는상온에서용매에용해시켜추출과정을거쳐시료로제작하였으며, 적외선분광분석기는 Jasco사의 Model FT/IR-6 분광기에 ATR을채용하여사용하였다. 또한, 보강성충전제에따른고무배합물의특성을평가하기위하여 EPDM 컴파운드의열전도도를측정하였으며열전도도측정장치는 Netzsch 사의표면열전도도측정장치인 TCA-LT/A를사용하였다. Ⅲ. 결과및고찰 1. 카본블랙입자크기에따른원적외선가교특성연구 고무재료는사용조건에서만족할만한성능을얻기위해서보강제를첨가해서사용하게되는데일반적으로고무배합물에는카본블랙이적용된다. 카본블랙은그제조조건에따라다양한입자크기 (particle size), 응집체구조와표면관능기등의성질을갖는것으로알려져있으며, 6 이러한특징에따라고무배합물은다양한물리적, 기계적거동을나타내는데, 이때카본블랙의입자크기는배합물의물리적성질에가장큰영향을준다. 7 1.1 컴파운드내부온도 카본블랙의입자크기에따른 EPDM 컴파운드의가교특성을평가하기위하여입자크기별로카본블랙을 phr 충전한 EPDM 컴파운드의두께및가교시간에따른내부온도를측정하여 Figure 3에나타내었다. 250 시험조건에서 1 mm 두께컴파운드의시간에따른온도변화를비교해보면원적외선에의한가교공정에서는초기의온도상승이빠르게일어나며 4~6분대에서급격한온도의증가현상이발생하는데이는가 교시발생하는발열에너지때문으로판단된다. 특히, 입자크기별카본블랙종류에따른컴파운드의발열특성을비교해보면원적외선에의한가교공정에서는입자크기가작은 ISAF 및 HAF가상대적으로낮은온도분포를나타내는데비해입자크기가큰 및 SRF의경우약 5~10 가량높은온도분포를나타내었으며이러한경향은챔버내부온도인약 250 로안정화될때까지지속적으로관찰되었다. 또한원적외선으로가열된컴파운드는챔버내부온도보다높은온도를나타내고이후안정화되는거동을보이는데, 이러한현상은가열된챔버내부의공기와더불어원적외선히터에서발생한원적외선이직접시료의가열효과를나타내기때문으로판단된다. 반면, 열풍공정에서는초기컴파운드의온도가상대적으로낮고원적외선가교공정에비해온도가더디게증가되는현상을나타내어챔버내부온도에비해 10 가량낮은 240 까지서서히증가하는경향을보이나카본블랙종류에따른온도편차는뚜렷하게나타나지않았다. 1.2 가교도원적외선및열풍에의한입자크기에따른카본블랙별 EPDM 컴파운드의가교특성을평가하기위하여컴파운드의가교도분석시험을시행하였다. Figure 4는 EPDM에카본블랙을입자크기별로 phr 배합한미가교고무배합물의열분석도이다. DSC에의해측정된미가교컴파운드의열분석도및 250 에서 3분간원적외선에의해가교한 3 mm 컴파운드의열분석도를분석하여발열량을측정하였으며그결과를 Table 4에각각나타내었다. 원적외선및열풍에의해가교된컴파운드각각의발열량을측정하여상기의식 (1) 로부터가교도를분석하였으며이를 Figure 5에나타내었다. 원적외선에의해가교된 EPDM 컴파운드는카본블랙입자크기가증가함에따라가교도가증가하는경향을나타내었는데, 이는앞선 2 2 240 2 2 240 220 Temperature( o C) 220 1 1 140 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Time(min) ISAF HAF SRF Temperature( o C) 1 1 140 120 100 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Time(min) (a) far-infrared (b) hot air Figure 3. Temperature of EPDM compounds with various carbon black by different method(thickness: 1mm) at 250. ISAF HAF SRF
Effects of Reinforcing Fillers on Far-infrared Vulcanization Characteristics of EPDM 51 Table 4. Analytical Data Based on DSC Thermogram of Unvulcanized and Vulcanized* EPDM Compound with Various Carbon Blacks(phr) by Different Vulcanization Method ΔH (J/g) Code ISAF HAF SRF ΔH 0 (J/g) 1.263 1.196 1.149 1.030 Far-infrared Hot air 0.40 0.35 0.33 0.28 0.78 0.73 0.71 0.63 * thickness: 3 mm; condition: 250 3 min Heat Flow <Endo Exo> ISAF HAF SRF 100 120 140 1 1 220 Temperture( o C) Figure 4. DSC thermograms of unvulcanized EPDM compound with various carbon black( phr) under N 2. Degree of curing at 250 o C(%) 70 50 40 fari-infrared hot air ISAF HAF SRF Figure 5. Degree of curing of EPDM compounds with various carbon black( phr) by different method(thickness: 3 mm; condition: 250 3 min). 내부온도측정결과와마찬가지로카본블랙의입자크기가커질수록원적외선에의한발열특성에유리하기때문으로판단할수있었다. 이에반해열풍공정에서는카본블랙입자크기에따른가교도편차가거의나타나지않으며원적외선가교에비해상대적으로낮은가교도를나타내었다. 이를통해열 풍에의해발열을일으키는열풍가교공정의경우카본블랙을함유한컴파운드의발열특성에미치는영향이상대적으로작고이로인해카본블랙의입자크기별온도편차가뚜렷하게나타나지않는것으로판단할수있었다. 1.3 카본블랙입자크기에따른특성인자의영향 앞선시험결과를통하여원적외선에의한가교공정에서는카본블랙을함유한 EPDM 컴파운드의발열특성이입자크기에영향을받는것을알수있었다. 따라서입자크기에따른원적외선가교특성에영향을미치는인자를분석하기위하여각컴파운드의열전도도를측정하고이를가교도분석결과와비교하여 Figure 6에나타내었다. 카본블랙입자크기가증가할수록열전도도가증가하며원적외선에의한 EPDM의가교도역시열전도도의측정결과와유사한경향을나타내는것을관찰할수있었는데, 이는원적외선가교특성에대한앞선논문에서도기술하였듯이원적외선에의한가교는전자선형태의가열로컴파운드내부 ( 최대 3 mm) 까지열에너지가침투하기때문에열전도도가컴파운드의온도상승에민감하게작용하며이로인해가교도가증가하는것으로판단된다. 8 특히, 원적외선및열풍가교방식별가교도편차가크고열풍가교조건에서는입자크기에따른가교도편차가나타나지않음을감안할때원적외선에의한가교조건에서는컴파운드의열전도도가가장주요한원인으로작용하는것으로생각된다. 또한카본블랙의입자크기가클수록상대적으로고무분자와결합할수있는비표면적이낮아짐을고려할때원적외선가교에서는카본블랙의입자크기가증가할수록열전달이보다유리하게작용하여나타나는현상으로판단된다. 2. 보강제종류에따른원적외선가교특성연구 Thermal conductivity(w/mk) 연속식고무압출제품의가교를위해일반적으로사용되는 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 Thermal conductivity Degree of curing ISAF HAF SRF Figure 6. Degree of curing vs. thermal conductivity of EPDM compounds with various carbon black( phr) by far-infrared (thickness: 3 mm; condition: 250 3 min). 75 70 65 Degree of curing(%)
52 J. S. Kim et al. / Elastomers and Composites Vol. 44, No. 1, pp. 47~54 (March 9) 열풍가교및고주파가교방식은배합고무재료의특성에따라가교특성이큰차이를나타내는데, 이는열전달매체및가교방식에따른배합재료간의상호작용으로인해가열특성및가교효율이달라지기때문으로알려져있다. 9 특히고무컴파운드의경우기재 (Matrix) 자체보다는충전제에따라크게배합특성이달라지는데, 10 이에따라원적외선을이용한고무컴파운드의가교특성분석을위해서는보강성충전제에따른영향에대한연구가요구된다. 2.1 컴파운드의내부온도 원적외선에의한보강성충전제별 EPDM 컴파운드의한온도변화를관찰하기위하여열전도도가우수한아세틸렌블랙및퍼니스블랙중상기아세틸렌블랙과입자크기가유사한 및백색또는착색고무에보편적으로사용되는보강성 Temperature( o C) 2 2 240 220 1 1 A-black Z-175 140 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Time(min) (a) far-infrared 충전제인침강실리카를선택하여시험을진행하였으며, 보강제종류에따른컴파운드의발열특성을비교하기위하여열풍에의한온도변화를측정하여그결과를 Figure 7에나타내었다. 250 시험조건에서원적외선에의한 1 mm 두께컴파운드의온도변화를비교해보면 1~3분대의초기에는보강성충진제의종류에관계없이온도편차를나타내지않으나이후에는 에비해 A-black 및 Z-175 배합에서급격한온도상승이일어나 보다높은온도분포를나타내었다. 특히 Z-175 의경우는약 6분이상영역에서온도가안정화되는경향을나타내며다소온도가감소하는경향을나타내는반면아세틸렌블랙의경우기타충전제에비해높은온도영역을유지하였다. 컴파운드의급격한온도상승이후온도편차를비교해보면 (A-black)>(Z-175)>() 순으로높은온도분포를나타내었으며이를통해원적외선가교조건에서는 Z-175 배합컴파운드가 에비해발열에유리한것으로판단할수있었다. 열풍에의한컴파운드의온도측정결과는원적외선과는달리 (A-blck)>() (Z-175) 순으로높은온도분포를나타내며온도가증가하는경향을나타내었으며이러한결과를통해열풍가교공정에서는침강실리카인 Z-175 배합이카본블랙인 에비해온도상승에유리하지않은것으로판단된다. 2.2 가교도및열전도도영향컴파운드내부온도측정시험과마찬가지로보강제별 EPDM 컴파운드의가교특성을평가하기위하여원적외선및열풍에의해가교된 EPDM 컴파운드의가교도를 DSC를이용하여분석하였다. Figure 8은보강제별미가교고무배합물의열분석도이며, Table 5의미가교컴파운드및가교컴파운드의발열량측정결과를통해각컴파운드의가교도를분석하였다. Figure 9에나타낸바와같이, 컴파운드온도측정결과와마찬가지로동일가교조건 (3 mm; 250 3분 ) 에서원적외선 2 2 240 220 Temperature( o C) 1 1 140 120 100 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Time(min) A-black Z-175 (b) hot air Figure 7. Temperature of EPDM compounds with various reinforced filler( phr) by different method(thickness: 1 mm) at 250. Heat Flow <Endo Exo> A-black Z-175 100 120 140 1 1 220 Temperture( o C) Figure 8. DSC thermograms of unvulcanized EPDM compound with various reinforced filler( phr) under N 2.
Effects of Reinforcing Fillers on Far-infrared Vulcanization Characteristics of EPDM 53 Table 5. Analytical Data Based on DSC Thermogram of Unvulcanized and Vulcanized* EPDM Compound with Various Reinforcing Fillers(phr) by Different Vulcanization Method ΔH (J/g) Code A-black Z-175 ΔH 0 (J/g) 1.149 0.923 1.117 Far-infrared Hot air 0.33 0.16 0.22 0.71 0.55 0.69 * thickness: 3 mm; condition: 250 3 min Degree of curing at 250 o C(%) 70 50 40 30 fari-infrared hot air A-black Z-175 Figure 9. Degree of curing of EPDM compounds with various reinforced filler( phr) by different method(thickness: 3 mm; condition: 250 3 min). 에의한컴파운드의가교도는 (A-black)>(Z-175)>() 순으로높게나타남을확인할수있었다. 특히, A-black의경우약 % 가넘는가교도를나타내었으며 Z-175 역시 에비해상대적으로높은가교도를나타내었는데이는앞선시험결과와마찬가지로보강제에따른컴파운드의특성차가원적외선에의한발열특성에영향을미치는것으로생각된다. 열풍에의한컴파운드의가교도는전반적으로원적외선에비해낮게나타났으며, 특히보강제에따른가교도를비교해보면원적외선공정과마찬가지로 A-black 배합컴파운드의가교도가상대적으로높게나타나는반면 및 Z-175 배합컴파운드의가교도는큰편차를나타내지않았다. 250 에서 3분간원적외선에의해가교된보강제종류별 EPDM 컴파운드의가교도측정결과를열전도도측정결과와비교하여 Figure 10에나타내었다. Figure 10에나타낸바와같이 A-black 을함유한 EPDM 컴파운드의가교도가상대적으로가장높게나타났으며이는 A-black이 EPDM 컴파운드의열전도도향상에기인하고이에따라컴파운드의발열특성및가교도증가를나타내는것으로판단된다. 그러나 및 Z-175 배합 EPDM 컴파운드의열전도도가유사한측정결과를나타내는반면침강실리카배합시상대적으로높은가교 도를나타내었는데이를통해유사한열전도도를가지는경우원적외선가교에영향을미치는여타의요인이작용되는것으로판단할수있었다. 2.3 보강성충전제에따른원적외선감응특성 Figure 11는보강제종류에따른미가교 EPDM 컴파운드의원적외선흡수스펙트럼을나타낸것으로보강제종류에따라특성피크및투과율이달라지는것을알수있었다. 원적외선의흡수는공명흡수현상으로인해, 원적외선고유의진동수와대상물질의진동수가같을때일어나며, 진동수가같지않을경우에는에너지가흡수되지않고그대로통과하기때문에이에따른발열현상은나타나지않는다. 11 앞서 Figure 2에나타낸바와같이본연구에서사용된원적외선가열장치의경우 6~8 μm영역에서최대방사율을나타냄을고려하여보강제종류에따른발열특성및가교도측정결과를고찰해보면, Thermal conductivity(w/mk) 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 Thermal conductivity Degree of curing A-black Z-175 Figure 10. Degree of curing vs. thermal conductivity of EPDM compounds with various reinforced filler( phr) by far-infrared(thickness: 3 mm; condition: 250 3 min). %Transmittance 100 40 20 Wavelength(μm) A-black Z-175 0 5 6 7 8 9 Figure 11. FT-IR specta of unvulcanized EPDM compounds with various reinforced filler( phr). 90 85 75 70 65 Degree of curing(%)
54 J. S. Kim et al. / Elastomers and Composites Vol. 44, No. 1, pp. 47~54 (March 9) 열전도도가우수한 A-balck 배합고무와는달리유사한열전도도측정결과를나타내는 및 Z-175의경우원적외선흡수스펙트럼의차이에의해원적외선가교특성이달라지는것으로판단되며이는 6~8 μm영역에서침강실리카의경우상대적으로높은흡수율을나타내는결과에기인하는것으로생각된다. Ⅳ. 결론 특성이공명흡수현상에의해발열을일으켜나타나는현상으로판단할수있었다. 감사의글본연구는에너지관리공단이시행하는에너지 자원기술개발사업 ( 과제코드 : 6-E-ID11-P-41-3-010) 의연구결과의일부이며연구비지원에감사드립니다. 보강제에따른 EPDM의원적외선가교특성에대한연구를통하여다음과같은결론을얻었다. 1) 입자크기에따른카본블랙을배합한 EPDM 컴파운드의온도변화를측정한결과열풍에의한가교시에는카본블랙입자크기에따른발열특성이크게나타나지않으나원적외선에의한가교조건에서는카본블랙입자크기가클수록컴파운드가높은온도분포를나타내었다. 이러한입자크기별카본블랙의원적외선가교특성은카본블랙입자크기가증가함에따라컴파운드의열전도도가증가하기때문으로판단되며이러한열전도도측정결과에따라가교도분석결과역시증가하는경향을나타내었다. 2) 퍼니스블랙중, 아세틸렌블랙및침강실리카등의보강제종류에따른 EPDM 고무배합물의원적외선에의한컴파운드발열특성및가교도분석결과열전도도가우수한아세틸렌블랙이가장높은온도분포를나타내었으며이에따라가교도역시가장높게나타났다. 이는앞선연구결과와마찬가지로보강제에따른열전도도가원적외선가교특성에영향을미치기때문으로풀이된다. 그러나, 유사한열전도도를가지는카본블랙 및침강실리카 Z-175 배합컴파운드를비교해보면침강실리카가카보블랙배합컴파운드에비해상대적으로높은온도분포및가교도를나타냄을알수있는데보강제에따른컴파운드의원적외선흡수스펙트럼결과를통해 6~8 μm영역에서침강실리카배합의높은원적외선흡수 참고문헌 1. W. Hofmann, Rubber Technology Handbook, ed. by W. Hofmann, p. 399, Oxford University Press, USA, 1989. 2. 조원제, 최세영, 유종선, 하창식, 윤정식譯, 고무기술의기초, p. 197, 한국신발 피혁연구소, 0. 3. 박래준, 광선치료학, p. 10, 대학서림, 5. 4. 방인수, 이광익, 원적외선에관한고찰, 대한물리치료사협회지, 7(1), 41 (1986). 5. 특허청, 원적외선원료및응용제품, 신기술동향조사보고서, 472, 4. 6. A. M. Gessler, W. M. Hess and A. I. Medalia, Reinforcement of Elasomers with Carbon black, Plastics and Rubber; Processing, 3, 37 (1978). 7. 류창석, 홍창국, 문채우, 강신영, 충전제입자크기및구조에따른고무배합물의마찰마모특성, 엘라스토머, 41(3), 195 (6). 8. 김정수, 이진혁, 정우선, 배종우, 작희창, 가동필, 원적외선에의한 EPDM 가교특성연구, 엘라스토머, 43(1), 6 (8). 9. W. Hofmann, Rubber Technology Handbook, ed. by W. Hofmann, p. 402, Oxford University Press, USA, 1989. 10. 김진국, 전도성카본블랙이충전된도전성고분자복합재료 (Ⅰ): 카본블랙이전기전도성에미치는영향, 엘라스토머, 33(5), 356 (1998). 11. 지철근, 원적외선의특성, 조명설비학회지, 15(1), 11 (1).