열가소성 엘라스토머(TPE) 재료의 유변학적 특성에 따른 사출공정 최적화 연구

Abstract

열가소성 엘라스토머(TPE)는 고무와 같은 탄성을 가지면서, 재가공이 가능하고 생산 속도가 높아 고무를 대체할 수 있는 수지로서 적용 범위가 넓어지고 있다. 그러나 TPE는 보압 공정에서 보압으로 인한 수축 보상 효과가 낮은 특징을 보인다. TPE를 유변학적 분석을 통하여 사출 공정 중 보압 과정에서 영향을 주는 변수가 무엇인지 파악하여 사출 공정을 최적화 하였다. TPE의 최적화 공정 특징에 영향을 주는 유변학적 특성을 분석하기 위해 GPPS를 대조군으로하여 TPE SAOS test를 하였다. SAOS 측정의 신뢰도를 확보하고자 소재의 열안정성, 선형성이 확보되는 구간과 신뢰성 확보를 위하여 측정값의 반복성을 확보하였고 최종적으로 Frequency sweep test를 통하여 낮은 주파수(저전단 속도 구간)에서 수지 온도 감소에 따른 점탄성 효과를 감쇠율(Damping Factor, tanδ)로 판단하였다. TPE는 용융온도(Tm) 이상의 온도임에도 불구하고 특정 온도에서 탄성이 점성보다 지배적인 상태를 보였다. TPE의 공정 최적화를 위하여 온도에 영향을 줄 수 있는 사출 속도, 성형 온도, 금형 온도를 변수로 선정하여 사출 실험을 진행하였다. 보압 공정에서 압력 전달성의 영향을 판단하기 위해 국부적인 수축률을 측정하였다. 사출품의 게이트 부분, 중간 부분, 충진 끝단 부분의 수축률을 비교하였다. TPE 사출품의 수축률은 금형 온도에 의해 가장 큰 영향을 받았다. 금형 온도가 올라갈 수 록 다른 부분과의 수축률 차이가 줄어들었다. 성형 온도는 게이트 부분의 수축률만을 줄이며 다른 부분과의 수축률 차이를 증가시켰다. 사출 속도는 수축률에 거의 영향을 미치지 않았다. 보압 전달성을 높이기 위해서는 고화층의 성장을 늦출 필요가 있으며, 금형 온도가 높을수록 수축률 차이가 줄어들었다.