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Appl. Chem. Eng., Vol. 24, No. 2, April 2013, 138-143

138

단파장 자외선(254 nm)에 노출된 고밀도 폴리에틸렌 수지의 카르보닐 지수(CI)와

기계적 물성 변화의 관계에 관한 연구

김창환†⋅신진용

한국건설생활환경시험연구원 옥외실증시험센터

(2012년 11월 8일 접수, 2012년 12월 18일 심사, 2013년 1월 28일 채택)

A Study on the Relationship of Change of Mechanical Properties and

Carbonyl Index Induced through Short-wavelength Ultraviolet Radiation (254 nm)

for High Density Polyethylene

Chang-Hwan Kim†

and Jin-Yong Shin

Weathering Technology Assessment Center, Korea Conformity Laboratories, Chungcheongnam-do 356-874, Korea

(Received November 8, 2012; Revised December 18, 2012; Accepted January 28, 2013)

화학적 열화를 빠르게 유도할 수 있는 단파장의 자외선(254 nm)을 고밀도 폴리에틸렌의 표면에 조사하여, 생성된 car-

bonyl band의 변화로부터 기계적 물성 변화를 예측할 수 있는 지에 대한 가능성을 연구하였다. 오랜 시간이 요구되는

자연 태양광에 의한 옥외폭로시험이나, 제논-아크 광원에 의한 광 열화 대신에 광양자 에너지가 높은 UVC 램프를

사용함으로써, 유도되는 광열화의 화학적 특성이 동일한 기계적 물성 변화를 유발하는지를 확인하는 것에 본 연구의

의미가 있다. 인장시험과 크리프-파괴시험으로 진행된 고밀도 폴리에틸렌의 기계적 강도는 CI 변화에 유사한 양상을

보였으며, 특히 항복강도와 신장률은 자외선 노출시간과 밀접한 관계가 있음을 보여주었다. 따라서 빠른 표면 열화를

유발하는 UVC 램프를 활용한 카르보닐 지수와 기계적 물성 변화의 관계를 통하여 장시간이 요구되는 옥외에서의

기계적 물성변화를 보다 빠르게 파악할 수 있는 방법을 제시하였다.

This paper studied the possibility to predict a mechanical property variation from changes in created carbonyl bands by irradi-

ating the surface of high-density polyethylene with short-wavelength ultraviolet radiation of 254 nm to induce a fast chemical

degradation. The meaning of this study lies in checking whether a mechanical property change with the same chemical prop-

erty as the induced optical deterioration is caused by using a UVC lamp with high photon energy instead of optical deterio-

ration via xenon arc light source and outdoor exposure test via natural sunlight requiring a long time. The mechanical strength

of high-density polyethylene checked by a tensile test and a creep destruction test showed a similar tendency with CI changes.

In particular, the yield strength and elongation had a close relationship with the exposure time to ultraviolet radiation.

Accordingly, this paper presented a method to grasp the mechanical property change outdoors requiring a long time more

fast through the relationship between the mechanical property change and the carbonyl index using a UVC lamp causing the

fast surface degradation.

Keywords: high density polyethylene, ultra violet, carbonyl index, plan strain groove tensile, creep-rupture test

1. 서 론1)

합성수지는 천연재료에 비하여 기계 및 전기적 특성, 투명성, 내부

식성, 내후성, 내수성 등의 우수한 성능으로 천연재료를 대체하여 여러

분야에 사용되고 있다. 대부분의 합성수지들은 자외선을 흡수할 수

† Corresponding Author: Korea Conformity Laboratories

Weathering Technology Assessment Center

463-4, Dokgot-ri, Daesan-eup, Seosan-si, Chungcheongnam-do 356-874, Korea

Tel: +82-41-667-9430 e-mail: kch@kcl.re.kr

pISSN: 1225-0112 @ 2013 The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry.

All rights reserved.

있는 chro-mophoric group에 의하여 화학반응을 하게 된다. 즉, 지구

대기권을 통과하여 들어오는 태양광에 함유되어 있는 자외선에 의하여

광반응이 일어나며, 이러한 자외선이 자연 환경에 미치는 영향은 매우

크다. 자외선에 의한 광화학 반응은 일반적으로 고분자를 산화시켜

발생되며, 옥외에 노출된 고분자 물질은 광에 의하여 brittle해지거나,

색상의 변화 등 분해에 기인한 물성 변화가 일어난다. 그러므로 대부

분의 플라스틱에서는 이와 같은 물성 저하를 방지하기 위하여 산화방

지제, 자외선 안정제를 첨가하는 등 여러 방법을 강구하고 있다[1].

Polyethylene pipe는 ISO 4427, ISO 4437 규격 등에 따르면 3.5 GJ/m2

까지 옥외폭로시험을 진행하도록 규정되어 있다. PE파이프 제조자들

이나 PE물질 생산자들 그리고 제품을 사용하는 소비자들은 짧은 시간

139단파장 자외선(254 nm)에 노출된 고밀도 폴리에틸렌 수지의 카르보닐 지수(CI)와 기계적 물성 변화의 관계에 관한 연구

Appl. Chem. Eng., Vol. 24, No. 2, 2013

Table 1. Information of Material (HDPE)

Material Melt index (g/min) Density (g/cm3) Tensile strength (kg/mm

2) Elongation (%)

HDPE 0.85 0.956 250 > 500

Figure 1. Schematic diagram of PSGT specimens.

(a) (b)

Figure 2. UV chamber of (a) dog-bong specimen and (b) PSGT

specimen.

안에 평가할 수 있는 시험방법들을 요구하고 있다. 이러한 요구에 의해

몇 가지 연구들이 선행되고 있으며, 대표적인 예로 Kuriyama는 xenon,

xenon+outdoor, outdoor 등 세 가지 다른 환경조건에서 폴리에틸렌 재

료를 노출시켜 carbonyl index를 적용하여 파단점에서의 신장율을 비

교평가를 하였다. 그러나 hydrostatic strength의 평가는 노출된 표면에

서 파괴된 것이 아니라 파이프 압출 시 균일 두께가 아닌 좀 더 얇은

두께에서 파괴된 것으로 확인되었으며, 이러한 이유로 xenon을 이용

한 촉진시험으로 평가하기에는 어려움이 있다[2]. Xenon램프는 여러

가지 필터 조합을 통하여 자외선(UV)영역과 가시광(visible) 영역에서

자연광에 가까운 빛을 모사할 수 있는 장점이 있으며, 또한 다양한

필터조합을 통하여 시험 목적에 맞는 분광분포를 얻을 수 있다. 그러나

본 연구에서 사용한 254 nm 단파장 UVC램프는 280 nm 이하의 파장

영역으로 xenon램프에 비해 짦은 파장에서 높은 빛에너지를 내며, 이

것은 재료의 노화를 일으키는데 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는

이러한 문제점을 개선하기 위해 원형 파이프를 가지고 진행되었던 선행

연구와 달리 원형 파이프와 동일한 평면변형 상태를 구현한 PSGT

(Plane Strain Grooved Tensile) 시험편을 사용하여 254 nm 단파장에서

노출시켜 carbonyl index를 적용함으로써 가능성을 보고자 한다.

2. 실 험

2.1. 실험재료

본 연구에서 사용된 재료는 HDPE (High Density Polyethylene)는

국내원료 업체인 대한유화로부터 구입하였으며, 중요 물성은 Table 1

과 같다.

2.2. 인장시험편(Dog-bone) 제작

인장시험편은 pellet으로부터 4 mm 두께의 판(sheet)을 압축성형 한

후, ASTM D638에 따라서 type-1로 제작하였다. 압축성형은 190 ℃

온도와 15 t의 압력에서 10분간 melting 시켰으며, 2∼3번의 압축을

통하여 sheet 내의 기포 생성을 방지하였다. 압력을 제거한 다음 water

cooling (17∼23 ℃) 순환 장비를 이용하여 10분간 냉각시켜 molding

sheet를 제작하였다.

2.3. PSGT (Plane Strain Groove Tensile) 제작

PSGT 시험편은 인장시험편과 동일하게 190 ℃ 온도와 15 t의 압력

에서 35분간 melting 시킨 후 water cooling (17∼23 ℃) 순환 장비를

이용하여 30분간 냉각시켜 molding sheet를 제작하였다. ASTM F2018의

기준에 따라서 PSGT 시험편의 치수는 다음과 같다. 폭(w) 40 mm 이상;

groove두께(t) 2.5 mm; 시료두께(T) 10 mm; 길이(L) 150 mm 이상

groove높이(B) 7 mm 이하; grip간의 길이 75 mm 이상 위와 같은

치수로 milling 가공을 통해 PSGT시험편을 제작하였다.

PSGT 시험편은 파이프 원형시험이 아닌 재료 시험으로써 groove를

통해 uniaxial loading을 구현하였으며, multi-axial stress 조건을 만족

하여 파이프 원형이 가지고 있는 특성들을 모사한 시험편이다.

2.4. 인장시험편 촉진시험

제작된 인장 시험편들은 자체 제작한 UV 챔버에 노출시켰으며

(Figure 2), 불투명 테이프를 사용하여 한 쪽 표면만 노출되도록 하였다.

램프와의 일정한 거리를 70 mm로 유지하였으며, 원통 하단에 모터를

설치하여 회전할 수 있게 함으로써, 일정하게 노출될 수 있도록 하였

다. 또한 하단부분에 air cooling을 설치함으로써 열분해가 되는 것을

막아주었다. 평가주기는 0, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350,

400, 450, 500 h으로 설정하였다.

2.5. PSGT (Plane Strain Groove Tensile) 시험편 촉진시험

제작된 PSGT시험편은 자체 제작한 UV챔버에 노출시켜 표면분해를

유도하였으며 groove 고정지지대에 시험편을 고정시켜 100 mm 이상의

거리에 분산적으로 배치하였으며, 12 h마다 샘플 위치를 달리하여 일

정하게 노출될 수 있도록 하였다. 노출시간은 인장시험편과 동일하다.

2.6. 분석방법

2.6.1. FTIR-spectroscopy

FT-IR방법은 미국 Thermo Nicolet사의 centaurus AVATAR 360으로

열화된 샘플 표면을 각각 평가 주기별로 wavenumber를 4000∼500 cm-1

범위에서 측정하였으며, 노출 시간에 따른 carbonyl band (1720 cm-1)의

변화를 관찰하였으며, CI (carbonyl index = 1720/1463)를 계산하였다.

카르보닐 지수는 폴리에틸렌 methyl group의 peak 면적과 열화에 의해

생성되는 carbonyl group의 peak 면적을 나누어 준 값이다.

140 김창환⋅신진용

공업화학, 제 24 권 제 2 호, 2013

1800 1500 1200

Wavenumber(Cm-1

)

-CH2-C=O

500h

0h

Figure 3. Infrared spectra showing carbonyl band region at various UV

exposure times.

2.6.2. 인장 시험

자외선에 노출된 dog-bone시료의 인장거동은 일본 ORIENTEC co-

poration사의 RTE-1350 UTM 만능재료시험기를 이용하여 측정하였으

며, cross-head speed는 50 mm/min로 하여 평가주기별 항복강도, 신장

율을 측정하였다.

2.6.3. 크리프-파괴 시험

ASTM D2990에 따라 자체 제작한 지그와 온도 control이 가능한 수

조를 이용해 크리프-파괴실험을 일정한 하중에 따른 파괴시간을 측정

하였다. 하중은 공압을 사용하였으며, 하중의 편차는 가해지는 하중의

1% 미만으로 하여 실험하였다. 또한, 실험 온도는 environmental

chamber에서 증류수를 사용하였으며, 시료의 온도 편차가 ±1 ℃ 내에

서 조절될 수 있도록 하였으며, 온도는 80 ℃, 하중은 3∼10 Mpa 사이

의 응력을 사용하였다.

2.6.4. Differential Scanning Calorimetry (DSC)

DSC 시험방법은 일본 동일시마즈 DSC-60을 통해 승온 속도 10 ℃/min,

온도범위는 상온에서 200 ℃까지 설정하여, first scan을 하였다. 또한

열화에 따라 재료 표면에 결정성이 어떻게 변화하는지 관찰하였다.

2.6.5. Scanning Electron Microscopy (SEM)

일본 Hitachi사의 S-300H를 이용하여 20 kV의 가속전압으로 자외

선 조사시간에 따라서 샘플 표면의 균열 확인, 균열 길이, 크리프-파괴

시험을 통한 파괴 단면을 관찰하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. FTIR-spectroscopy 측정

FT-IR을 통하여 UV조사 후 화학적인 변화를 알아보았다. 노출시간

이 경과함에 따라 1720 cm-1에서 카르보닐기가 형성된다. 이것은 폴리

에틸렌의 광산화 반응에 의해 형성되며, 사슬이 절단되면서 생성된

많은 알킬 라디칼이 공기 중의 산소와 결합하여 peroxy radical을 형성

하며, 이는 주변의 또 다른 polyethylene 분자의 수소와 반응하여 hy-

droperoxide (분자사슬 안에서 산화반응)를 형성한다. hydroperoxide는

알콕시 라디칼이 hydroxyl 라디칼이 분해된다.

ROOH hv

f(RO⋅＋⋅OH)＋(1-f)(RO ＋ H2O) (1)

식 (1)에서 카르보닐 화합물이 형성된다. 또한 카르보닐 화합물의

형성에 따라서 Norrish I과 Norrish II type에 의해 광산화 반응의 중요

한 반응이 진행된다.

Norrish I 반응은 카르보닐 화합물이 UV를 흡수하면 메틸과 많은

알킬라디칼이 생성된다.

-CH2－C－CH2- -CH2 ＋ C - CH2-

O

hv

O

(2)

Norrish II반응은 라디칼이 관여하지 않는 반응으로 end vinyl un-

saturation과 메틸 케톤이 형성된다.

-CH2－C－CH2- -CH ＋ CH3－ C－

O

hvCH2

O

(3)

Norrish I 반응에서 많은 알킬 라디칼은 알데히드와 카르복실 산

(carboxyllic acid)을 형성한다(CHO, COOH). UV에 노출되는 동안

end-vinyl unsaturation, 케톤, 카르보닐, 알데히드 그리고 카르복실 산

이 형성됨으로써 주 사슬의 분해 반응이 일어나는 것으로 알려져 있

다[3-7].

FT-IR의 absorbance spectra의 카르보닐기의 면적과 메틸기의 면적을

통하여 carbonyl index를 다음과 같이 구하였다(CI = 1720/1463).

Figure 4는 노출시간에 따른 CI의 변화를 보여주고 있다. 노출시간에

따라서 CI도 0에서 약 2.6까지 증가하는데 이것은 분자사슬의 산화반

응에 의해 카르보닐 화합물이 형성되기 때문이다[8].

3.2. 인장시험 측정

Figure 5에서 보는 바와 같이 노출시간에 따라서 항복강도가 10 kg

이내로 큰 변화가 없었다. 이것은 자외선이 항복강도에는 크게 영향

이 없다는 것으로 판단된다. 즉, 폴리에틸렌이 자외선에 노출된 후 취성

표면층이 약 40∼160 micro-meter로 미세 두께층이기 때문에 yielding

되는 부분까지는 크게 영향을 주지 않는 것으로 사료된다. 자외선에

노출된 시료에서 인장 시험 시 생성되는 표면 균열 길이는 표면 두께

와 유사하며, 이러한 미세표면균열은 항복강도에 전혀 영향을 미치지

못한다는 것을 의미한다.

반면에 신장률은 100 h 이후 급격히 감소한다. 일반적으로 균열이

존재할 경우 전체 면적이 줄어들기 때문에 항복점 이후 표면 취성화

영향으로 인해 균열이 성장하여 신장률이 감소하게 된다.

또한, 인장강도와 신장률에 대한 내후성 평가는 CI를 통해서도 평

가가 가능하다는 것을 보여준다.

Figure 6에서 노출된 dog-bone 샘플로 인장시험을 했을 때의

stress-strain 그래프 거동과 SEM을 통해 알아본 균열길이는 서로 상관

관계가 있다. 0 h에서 50 h까지는 균열 길이와 stress-strain 그래프에

서 비슷한 경향성을 보이지만, 75 h이 지나면서 균열성장에 따른 균열

길이가 커짐에 따라 stress-strain 그래프에서 cold drawing이 없이 바로

신장률이 떨어지는 것을 알 수가 있었다. 보통 취성화된 표면층이 최

141단파장 자외선(254 nm)에 노출된 고밀도 폴리에틸렌 수지의 카르보닐 지수(CI)와 기계적 물성 변화의 관계에 관한 연구

Appl. Chem. Eng., Vol. 24, No. 2, 2013

0 100 200 300 400 500

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

Ca

rbo

ny

l In

de

x(1

72

0/1

46

3)

U.V. Exposure time(hrs)

Figure 4. Relationship carbonyl index and exposure time.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

10

20

30

40

50

Yie

ld s

tre

ss(K

gf/

mm

2

)

Carbonyl index

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

100

200

700

800

Elongation(%

)

Carbonyl index

Figure 5. Change of yield stress, elongation with carbonyl index.

0 100 200 300 400 500

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Cra

ck L

en

gth

(mm

)

Exposure time(hrs)

Figure 6. Relationship of crack length and stress-strain behavior of

HDPE.

소 60 um일 때 신장률이 감소하기 시작한다[9]. 취성화된 표면의 두

께와 신장율과는 상관성이 있다는 것을 증명하고 있다.

균열 길이는 평가주기 별 인장시험을 통해 발생하는 균열을 통하여

측정하였으며, Figure 7에서 보는 바와 같이 열화시간이 길어짐에 따라

초기 균열에서 균열이 성장하여 파괴에 이르기까지 균열길이에 차이가

나는 것을 확인할 수 있다. 이것은 stress-strain 그래프 거동과 매우 유사

하다는 것을 알 수 있다.

3.3. 크리프-파괴 측정

크리프-파괴 현상은 일정한 하중을 시료에 주어 파괴되는 시간을

측정하는 것이다. 본 연구에서는 PSGT 시험편을 제작하여 80 ℃의

일정한 온도 분위기에서 시험을 진행하였다. Figure 8에서 보면, CI값

이 증가할수록 파괴시간이 단축되며, CI값이 낮을수록 파괴시간이 길

어진다. 이것은 자외선에 대한 노출시간이 길수록 brittle failure mode

에서 파괴시간이 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 즉 재료 표면의 취

성화로 인해 장기내구성이 저하되는 것을 의미하며, Figure 9와 같이

표현할 수 있다[10]. 파이프 파괴유형에는 크게 ductile failure, brittle

failure, degradation으로 구분되며, ductile failure는 고압력 하에서 짧은

시간 안에 yielding이 되어 부풀어 오르면서 파괴되는 것을 말하며, brit-

tle failure는 저압력 하에서 장시간 안에 균열이 서서히 성장하며 파괴

되는 것을 말하며, 이것은 장기내구성을 측정하는 중요한 파괴영역이

라 할 수 있겠다. 플라스틱 파이프 사용연한은 50년이 되도록 설계가

되어 있는데 만약, 저속균열성장거동이 없다면 brittle failure 현상없이

50년까지 사용할 수 있지만 실제 우리가 사용하고 있는 압력 범위는

142 김창환⋅신진용

공업화학, 제 24 권 제 2 호, 2013

(a) 0∼50 h (b) 75 h

(a) 250 h (b) 500 h

Figure 7. Crack length of tensile-tested UV irradiated specimens.

0.1 1 10 100 1000 10000

3

4

5

6

7

8

9

10

CI=0

CI=0.99

CI=1.17

CI=1.32

CI=1.6

CI=2.67

Pressure(M

Pa)

Failure Time(hrs)

Figure 8. The effect of UV exposure on the creep-rupture behavior of

HDPE at 80 ℃ test temperature.

Figure 9. Schematic representation of stress-rupture behavior of on UV

exposure time.

0 100 200 300 400 500

50

60

70

80

90

100

110

120

Crystallinity(%

)

U.V. Exposure time(hrs)

Figure 10. Change of percent crystallinity with UV exposure times,

measured during first heat DSC scans.

안전계수때문에 낮은 압력에서 사용을 하고 있으며, 실제 사용하는

압력범위에서 slow crack growth가 발생이 되며 즉, brittle failure 현상

이 나타나게 된다. 따라서 저속균열성장을 좀 더 지연시키게 된다면,

다시 말해 brittle failure 현상을 지연시킬 수 있다면, 장기 내구성 측

면에서 파이프를 사용하는데 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 얻을

수 있을 것으로 판단된다.

즉, 옥외에 사용하는 파이프 재료에 단파장 UVC (254 nm)를 조사

함으로써 기계적 성능을 CI를 통하여 평가하고자 하기 위함이다.

3.4. Differential Scanning Calorimetry (DSC) 측정

고체 상태의 폴리에틸렌에서 산화로 인한 결정화도 메커니즘은 semi-

crystalline material의 two phase system때문에 매우 복잡하다. 결론적

으로, 산소의 침투가 비결정영역과 결정영역 사이에서 특정지역에 모

여 발생하는데 이것은 산화로 인한 backbone chain scission은 비결정

영역에서의 사슬에서 생성된다. 따라서 비결정 영역에서 고분자 사슬

들이 끊어지기 때문에 사슬들이 움직이기 쉬워지고, 그로 인해 결정

구조들이 비결정 영역에서 더 빽빽하게 촘촘히 밀집하게 된다. 그 결

과 전체적으로 결정성이 증가하게 된다. 이와 같이 결정구조가 형성

되는 amorphous chain이 깨지는 과정을 chemi-crystallization이라고 한

다[11]. 또한 초기 값에 비해 100 h까지는 결정성이 감소하는 이유는

기존 lamella 결정영역에 있던 고분자 사슬들이 광분해 반응에 의해

scission되면서 초기 결정성에 비해 감소되기 때문이다.

3.5. Scanning Electron Microscopy (SEM)

80 ℃에서 PSGT시험편을 가지고 크리프-파괴 시험을 통해 나타난

파괴단면을 SEM촬영을 하였다. 하중이 낮을수록 fibril들이 작고 촘촘

히 배열되어 있는 반면, 하중이 높을수록 fibril들이 크고 듬성듬성 배

열되어 있음을 알 수 있다. 또한, 일반적으로 파괴단면이 타원형의 모

양을 띠고 있는 것을 확인할 수 있다.

320 kPa 동일 압력 때에서 UV 전처리 전과 500 h 노출시킨 PSGT

파괴 시편 단면을 촬영하였다. UV 조사 전 파괴 단면을 보면 낮은 압

력 범위에서의 파괴단면과 매우 유사하게 fibril들이 촘촘히 배열되어

143단파장 자외선(254 nm)에 노출된 고밀도 폴리에틸렌 수지의 카르보닐 지수(CI)와 기계적 물성 변화의 관계에 관한 연구

Appl. Chem. Eng., Vol. 24, No. 2, 2013

(a) 320 kPa (b) 400 kPa

(c) 480 kPa (d) 510 kPa

Figure 11. Surface of creep-rupture tested non-UV HDPE PSGT

specimens (σ = 320, 400, 480, 510 kPa) at 80 ℃.

(a) 0 h (b) 500 h

Figure 12. Fracture surface of stress-rupture tested 0, 500 h-UV aged

HDPE PSGT specimen 320 kPa at 80 ℃.

있는 것을 알 수 있으며, UV 500 h 노출된 샘플의 파괴단면은 상대적

으로 fibril들이 가장자리로 갈수록 yielding이 되는 것을 확인할 수 있다.

즉 fibril들이 촘촘히 배열되어 있다는 것은 하중에 대한 저항성이 더

크다는 것을 의미하며, UV 노출에 의해서 fibril들이 상대적으로 감소

하고 파괴면 중심부에서 가장자리로 갈수록 부피가 큰 fibril들이 발생

되는 현상은 yielding이 되어 쉽게 파괴된다는 것을 의미한다. 이것은,

고압력 때에서 생기는 파괴단면 현상과 매우 흡사하다. 즉, UV 노출

에 의해 발생되는 파괴현상은 고압력에서 발생하는 파괴 메커니즘과

유사하다는 것을 의미한다.

4. 결 론

본 연구에서는 254 nm의 단파장의 UV lamp를 사용하여 PSGT

(Plane Strain Groove Tensile)시험편의 groove와 dog-bone 시험편의

gage length부분을 노출시켜 인장시험 및 creep rupture test를 하였다.

또한 DSC를 통하여 결정화도의 변화와 FT-IR을 이용하여 광산화

분해에 의한 화학적 변화(carbonyl band)의 성장을 확인하였으며, CI

(1720/1463)를 구하여 기계적인 물성뿐만 아니라 다른 물리적 시험에

적용시켜 보았다. 따라서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

1) 열화정도에 따라 1720 cm-1에서 카르보닐기가 형성이 되었으며,

이를 carbonyl index (CI = 1720/1463) 계산하여 평가하였다. 결정성도

열화시간이 증가함에 따라 증가하였으며, 이것은 chemi-crystallization

에 기인된 것으로 판단된다.

2) 항복강도와 신장률을 carbonyl index를 적용했을 경우 노출시간

과 매우 유사한 경향성을 보였으며, 장기내구성시험인 creep-rupture

test는 carbonyl index의 증가에 따라서 파괴시간이 단축되는 것을 확

인 할 수 있었다. 이것은 PSGT 시험편의 파괴단면을 SEM을 통하여

확인할 수 있었으며 압력에 따라 저속균열성장저항성이 차이가 발생

했다. 높은 압력에서는 fibril들이 크고 듬성듬성 배열되어 있었고 낮은

압력에서는 fibril들이 매우 촘촘히 compact하게 배열된 것을 확인할

수 있었다. 이것은 저속균열성장저항성과 매우 밀접한 관련이 있다.

3) Dog-bone시험편의 gage length부분에 SEM촬영을 통해 균열길이

를 확인하였고, 이는 stress-strain 그래프의 노출에 대한 영향과 매우

유사하다는 사실을 알 수 있었다.

4) 향후 빠르게 표면 열화를 유발할 수 있는 UVC 램프를 활용하여

카르보닐 지수와 기계적 물성변화와의 관계를 통하여 장시간이 요구

되는 옥외시험에서의 기계적 물성 변화를 보다 빠르게 파악할 수 있

을 것으로 기대된다.

감 사

본 연구는 2012년도 지식경제부 재원으로 한국산업기술진흥원

(KIAT)의 지원을 받아 수행한 부품⋅소재 신뢰성 평가기반구축사업

연구과제입니다.

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