phase morphology and mechanical properties of ethylene
TRANSCRIPT
754
Polymer(Korea), Vol. 39, No. 5, pp. 754-760 (2015)
http://dx.doi.org/10.7317/pk.2015.39.5.754
ISSN 0379-153X(Print)
ISSN 2234-8077(Online)
์ํธ๋ -ํ๋กํ๋ -๋์-๋ชจ๋ ธ๋จธ/๋ถ์๊ณ ๋ฌด ๋ธ๋ ๋์ ์ ๋ชจํด๋ก์ง์ ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ
์ด๊ธฐ์จยท๊น์น๊ฒธยท์ ์ฉํยท๊ฐ์์ธยท์ค์ข ๊ฐ*ยทํ์์ผ**ยท์ ๋ณํ***ยท๋์ฐฝ์ดโ
์ ๋ถ๋ํ๊ต ๊ณ ๋ถ์๋๋ ธ๊ณตํ๊ณผ, BK21 ํ๋ฌ์ค ๊ฐ์ฑํฐ์น ๊ณ ๋ถ์๋ณตํฉ์์ฌ ์ฐ๊ตฌํ, *์ ๋ถ๋ํ๊ต ๋ํ์ ๋์์ธ์ ์กฐ๊ณตํ๊ณผ
**์ ๋จ๋ํ๊ต ๊ณ ๋ถ์์ตํฉ์์ฌ๊ณตํ๋ถ, ***ํ๋์๋์ฐจ ์ฐ๊ตฌ์ ์ฐ๋ฃ์ ์ง์๋์ฐจ 1ํ
(2015๋ 2์ 15์ผ ์ ์, 2015๋ 3์ 11์ผ ์์ , 2015๋ 3์ 11์ผ ์ฑํ)
Phase Morphology and Mechanical Properties of
Ethylene-Propylene-Diene-Monomer/Fluoroelastomer Blends
Gi-Bbeum Lee, Seung Gyeom Kim, Yong Hwan Yoo, Seok In Kang, Jong Gab Oh*,
Yang Il Huh**, Byeong-Heon Jeong***, and Changwoon Nahโ
BK21 Plus Heptic Polymer Composites Research Team, Department of Polymer-Nano Science and Technology,
Chonbuk National University, Jeonju 561-756, Korea
*Department of Design and Manufacturing, Graduate School, Chonbuk National University, Jeonju 561-756, Korea
**Department Polymer and Fiber System Engineering, Chonnam National University, Gwangju 500-757, Korea
***Fuel Cell Vehicle Team 1, R&D Division, Hyundai Motor Group, Yong-in 446-912, Korea
(Received February 15, 2015; Revised March 11, 2015; Accepted March 11, 2015)
์ด๋ก: ์ํธ๋ -ํ๋กํ๋ -๋์-๋ชจ๋ ธ๋จธ(EPDM) ๊ณ ๋ฌด์ ๋ถ์๊ณ ๋ฌด(FKM)๋ฅผ ๋ค์ํ ์กฐ์ฑ์ผ๋ก ๋ธ๋ ๋๋ฅผ ์ ์กฐํ์ฌ ์กฐ์ฑ์
๋ฐ๋ฅธ ์ ๋ชจํด๋ก์ง์ ๊ฐ๊ตํน์ฑ, ๊ฒฝ๋ํน์ฑ, ์ธ์ฅํน์ฑ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋์ ์ ํ์ฑ ํน์ฑ์ ์กฐ์ฌํ์๋ค. FKM ํจ๋์ด ์ฆ๊ฐํ ์
๋ก ๊ฐ๊ต์๋๋ ์ฆ๊ฐํ ๋ฐ๋ฉด ๊ฐ๊ต๋ฐ๋๋ ๊ฐ์ํ์์ผ๋ฉฐ, ์ ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๊ฒฝ๋, ์ธ์ฅ๊ฐ๋, ํ๋จ์ ์ฅ๋ฅ ๋ฐ ์ ์ฅ ๋ชจ๋๋ฌ์ค(E')
๋ ์ฆ๊ฐํ์๋ค. ๋ชจ๋ ๋ธ๋ ๋ ์ปดํ์ด๋์์ EPDM๊ณผ FKM ๊ณ ์ ์ ์ ๋ฆฌ์ ์ด์จ๋(Tg)๋ฅผ ๋ํ๋ด๊ณ ์์ด, ์ ํ์ ์ธ ๋น
ํผํ์ฑ ๋ธ๋ ๋ ๊ฑฐ๋์ ๋ณด์๋ค. ์ ์ํ๋ฏธ๊ฒฝ(SEM)๊ณผ ์์๋ถ์์ฅ์น(EDS)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ ๊ฑฐ๋์ ๊ด์ฐฐํ ๊ฒฐ๊ณผ EPDM/
FKM ๋ธ๋ ๋๋ ๋นํผํ์ฑ ๋ธ๋ ๋์ ๋ํ์ ์ธ ์๊ฑฐ๋์ธ ์ฐ์์-๋ถ์ฐ์ ๋ชจํด๋ก์ง๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค. FKM ์กฐ์ฑ์ด 50 phr
์ดํ์์๋ EPDM์ด ์ฐ์์์ ๋ํ๋ด์๊ณ , FKM์ด 80 phr ๊ทผ๋ฐฉ์์ ๊ณต๋ ์ฐ์์ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ FKM์ด 90 phr์
์๋ FKM์ด ์ฐ์์์ ๋ํ๋ด๋ ์์ ์ด๊ฐ ๋ํ๋ฌ๋ค.
Abstract: Rubber blends based on ethylene-propylene-diene-monomer (EPDM) rubber and fluoroelastomer (FKM) hav-
ing various blend ratios were prepared. The phase morphology, cure characteristics, hardness, tensile and dynamic vis-
coelastic properties of the blends were investigated. The cure rate of the blends increased, while the crosslink-density
decreased as the FKM content increased. The hardness, tensile strength and elongation at break, and storage modulus (E')
increased with increasing FKM loading. A typical incompatible blend behavior was found by observing two distinct tanฮด
peaks corresponding to EPDM and FKM. Based on the morphology investigation by scanning electron microscopy
(SEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) analyses, a typical โsea-islandโ phase morphology was observed
for the EPDM/FKM blends. As the FKM loading was increased to 50 phr, the EPDM was found to remain as the con-
tinuous phase. At the 80 phr of FKM, a co-continuous phase was observed and the phase inversion was observed at
90 phr of FKM.
Keywords: ethylene-propylene-diene-monomer, fluoroelastomer, blend, phase morphology, energy dispersive X-ray
spectroscopy, inversion.
์ ๋ก
์์ ๊ฐ๊ฒฉ ์ธ์๊ณผ ์๋์ง์์ ๊ณ ๊ฐ, ์ง๊ตฌ์จ๋ํ ๋ฑ ํ๊ฒฝ์
๊ดํ ๊ด์ฌ์ด ๋์์ง๋ฉด์ ์์ ๋์ฒด ์๋์ง์ ํ๊ฒฝ ์นํ์ ์ฐ
๋ฃ๊ฐ๋ฐ์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ๋ฐํ ์ด๋ฃจ์ด์ง๊ณ ์๋ค. ์์์ฐ๋ฃ์
์ง๋ ์ด๋ฌํ ํ๊ฒฝ ์นํ์ ์ฐ๋ฃ์์คํ ์ค์ ํ๋๋ก ์์์ ์ฐ
์์ ์ ๊ธฐํํ์ ๋ฐ์์ผ๋ก ์ ๊ธฐ์๋์ง๋ฅผ ์์ฐํ๋ ์์คํ ์ด
๋ค. ์์์ฐ๋ฃ์ ์ง๋ ์ง์ ์ ์ธ ์ฐ์๊ณผ์ ์ด ์กด์ฌํ์ง ์๊ธฐ ๋
๋ฌธ์ ๊ธฐ์กด์ ๋ด์ฐ๊ธฐ๊ด์์ ๋ฐ์ํ๋ ์ง์์ฐํ๋ฌผ, ์ผ์ฐํํ์
๋ฑ์ ๋๊ธฐ์ค์ผ ๋ฌผ์ง์ด ๋ฐ์ํ์ง ์์ผ๋ฉฐ, ์์์ด ์๊ณ , ๊ธฐ์กด์
๋ด์ฐ๊ธฐ๊ด๋ณด๋ค 30% ๋์ ์๋์ง ํจ์จ์ ๊ฐ๋๋ค.1 ์ด๋ฌํ ์์
โ To whom correspondence should be addressed.E-mail: [email protected]
ยฉ2015 The Polymer Society of Korea. All rights reserved.
์ํธ๋ -ํ๋กํ๋ -๋์-๋ชจ๋ ธ๋จธ/๋ถ์๊ณ ๋ฌด ๋ธ๋ ๋์ ์ ๋ชจํด๋ก์ง์ ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ 755
Polymer(Korea), Vol. 39, No. 5, 2015
์ฐ๋ฃ์ ์ง์ ์ฑ๋ฅ๊ณผ ํ์ง์ ํฅ์์ํค๊ธฐ ์ํด ์์์ฐ๋ฃ์ ์ง์
ํต์ฌ๋ถํ์ธ ์ฐ๋ฃ์ ์ง ์คํ์ ๊ตฌ์กฐ ๋ฐ ๊ตฌ์ฑ์ฌ๋ฃ์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ
๊ฐ ํ๋ฐํ ์ด๋ฃจ์ด์ ธ ์๊ณ , ์ฑ๋ฅ๊ตฌํ์ ์์ด์ ์์ ํ์ ๋จ๊ณ
์ ์ด๋ฅด๊ณ ์๋ค.2-13 ๊ทธ๋ฌ๋ ์คํ์ ๊ธฐ๋ฐ์ ๋ด๋นํ๊ณ ์๋ ๊ฐ
์คํท์ ๊ฒฝ์ฐ ์ ์จํน์ฑ, ์๊ตฌ์์ถ์ค์๋ฅ , ๊ฐ๊ณตํน์ฑ, ๋ดํํ์ฑ,
๋ด๋ ธํ์ฑ ๋ฑ ์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ง ์ธก๋ฉด์์ ๊ฐ์ ์ ์ฌ์ง๊ฐ ๋ง์ ๊ฒ์ผ๋ก
์๋ ค์ ธ ์๋ค.14
์์์ฐ๋ฃ์ ์ง ์คํ์ฉ ๊ฐ์คํท ์ฌ๋ฃ๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๋ถ์๊ณ ๋ฌด
(FKM), ์ค๋ฆฌ์ฝ๊ณ ๋ฌด(PDMS), ์ํธ๋ -ํ๋กํ๋ ๊ณ ๋ฌด(EPDM)๊ฐ
๋๋ฆฌ ๊ฒํ ๋๊ณ ์๋ค.15,16 FKM์ ๊ฒฐํฉ ์๋์ง๊ฐ ๊ฐํ C-F ํ
ํ ๊ตฌ์กฐ์ ์ํด ๋ด์ด์ฑ, ๋ดํํ์ฑ, ๋ด์ค์กด์ฑ ๋ฐ ๋ดํ์ฑ์ด ๋ฐ
์ด๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ฐ์ฐ์ฑ ๋ฐ ๊ณ ์จ์์ ์ฅ๊ธฐ๊ฐ ๊ฒฌ๋์ผํ๋ ์ฐ๋ฃ
์ ์ง์ ๊ฐ์คํท์ ์ฌ์ฉํ๊ธฐ ๋งค์ฐ ์ ์ ํ ์กฐ๊ฑด์ ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋ FKM์ ๊ณ ๊ฐ์ด๊ณ ๋ดํ์ฑ ๋ฐ ๊ฐ๊ณต์ฑ์ด ์ทจ์ฝํ์ฌ ๋๋
์์ฐ์ ํ์์ ์ธ ์ฌ์ถ๊ฐ๊ณต์ ์ทจ์ฝํ๋ค.17-20 PDMS๋ Si-O ๊ตฌ
์กฐ์ธ ๋ฌด๊ธฐ๋ฌผ๋ก ์ด๋ฃจ์ด์ ธ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ฐํ ์์ ์ฑ, ๋ด์ด์ฑ,
๊ฐ๊ณต์ฑ, ์ ๊ธฐ์ ํน์ฑ์ด ์ฐ์ํ๋ ์๊ตฌ์์ถ์ค์๋ฅ , ๋ด์ฐ์ฑ, ๊ธฐ
๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ์ด ์ข์ง ์๋ค.15,21 EPDM์ ์ํธ๋ ๊ณผ ํ๋กํ๋ , ๋
์์ด ๋ถ๊ท์น์ ์ผ๋ก ๊ฒฐํฉํ ์ผ์์คํฉ์ฒด๋ก ๋ดํ์ฑ, ๋ดํ์ฑ, ๋ด
์ ์ฐ์ฑ, ๋ด์ค์กด์ฑ ๋ฑ์ด ์ฐ์ํ๋ ๋ด์ ์ฑ, ๋ด์ฉ์ ์ฑ, ์ ์ฐฉ์ฑ์ด
์ด์ธ์ธ ๋จ์ ์ด ์๋ค.18-23 ์ด๋ฌํ ๊ฐ ๊ณ ๋ฌด์ ๋จ์ ๋ค์ ๋ณด์ํ
๊ธฐ ์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ๊ณ ๋ถ์ ๋ธ๋ ๋์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ ๋ฐ ์์ฉ์ด ํ
๋ฐํ ์ด๋ฃจ์ด์ง๊ณ ์๋ค.18-28
๊ณ ๋ถ์ ๋ธ๋ ๋๋ ๋ค๋ฅธ ์ฑ์ง์ ๊ณ ๋ถ์๋ค์ ํผํฉํ ๊ฒ์ผ๋ก
๊ธฐ์กด ๊ณ ๋ถ์๋ค์ ๋ฌธ์ ์ ์ ์ํธ ๋ณด์ํ์ฌ ์ฐ์ํ ๊ธฐ๊ณ์ , ์ด
์ , ๊ดํ์ ๋ฌผ์ฑ ๋ฑ์ ๊ฐ๋๋ก ํ๋ค. ๊ณ ๋ถ์ ๋ธ๋ ๋์ ๋ฌผ์ฑ์
๋ชจํด๋ก์ง์ ์ํฅ์ ๋ง์ด ๋ฐ์ผ๋ฉฐ, ๋ชจํด๋ก์ง๋ ๊ณ ๋ถ์๋ค์ ์กฐ
์ฑ, ํผํฉ ์กฐ๊ฑด, ๊ณ๋ฉด ์ฅ๋ ฅ, ์ ํ์ฑ ๋ฐ ํํ์ , ๋ฌผ๋ฆฌ์ ์ฑ์ง ๋ฑ
์ ์ํด ๊ฒฐ์ ๋๋ค.29 ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๋ ๊ณ ๋ถ์๋ฅผ ํผํฉํ๋ฉด ๋ ๊ณ
๋ถ์ ์ฌ์ด์ ๊ณ๋ฉด์ฅ๋ ฅ๊ณผ ์ ๋ ์ฐจ์ด์ ์ํด ์กฐ์ฑ์ด ๋ง์ ์ชฝ์ด
์ฐ์์์ ํ์ฑํ๊ณ , ์ ์ ์ชฝ์ด ๋ถ์ฐ์์ ํ์ฑํ๊ฒ ๋๋๋ฐ, ์ด
๋ ๋ธ๋ ๋์ ๋ฌผ์ฑ์ ์ฐ์์์ ํน์ฑ์ ํฌ๊ฒ ์์กดํ๋ฉฐ, ๋ถ์ฐ์
์ ๋ณด์ํ๋ ์ญํ ์ ํ๋ค.30 ๋ฐ๋ผ์ ๊ณ ๋ถ์ ๋ธ๋ ๋์ ์ฐ์ํ
๋ฌผ์ฑ์ ์ป๊ธฐ ์ํด์๋ ๋ธ๋ ๋์ ๋ชจํด๋ก์ง๋ฅผ ์์ธกํ๊ณ ์กฐ์ ํ
๋ ๊ธฐ์ ์ด ๋งค์ฐ ์ค์ํ๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ฐ๋ฃ์ ์ง ๊ฐ์คํท์ ์ฌ์ฉ๋๋ FKM๊ณผ EPDM
์ ๋จ์ ์ ์ํธ ๋ณด์ํ๊ธฐ ์ํด EPDM๊ณผ FKM์ ํผํฉํ์ฌ
EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋๋ฅผ ์ ์กฐํ์๊ณ , ๋ธ๋ ๋ ์กฐ์ฑ์ ๋ฐ๋ฅธ ์
๋ชจํด๋ก์ง์ ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ์ ๋ณํ๋ฅผ ๋ค์ํ ๋ถ์๋ฒ์ ์ด์ฉํ์ฌ
์กฐ์ฌํ์๋ค. ํนํ ์ ์ํ๋ฏธ๊ฒฝ ๋ชจํด๋ก์ง์ ์์๋ถ์์ฅ์น(EDS)
๋ฅผ ํตํ ์์๋ถํฌ๋๋ฅผ ๋น๊ตํจ์ผ๋ก์จ ๋ณด๋ค ์ ๋ฐํ ์ ๊ตฌ์กฐ ๋ถ
์์ ์๋ํ์๋ค.
์ค ํ
์ฌ๋ฃ. EPDM์ ethylene norbornene(ENB)์ ํจ์ ํ ๊ธํธ
ํด๋ฆฌ์ผ์ KEP350(ENB = 7.9 wt%, Mooney ์ ๋ ML1+4,
125 oC = 56)์ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, FKM์ Dupont Dow Elastomer
์ฌ์ Viton GBL-200S(๋ถ์ํจ๋ = 68 wt%, Mooney ์ ๋
ML1+10, 121 oC = 25)๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๋ณด๊ฐ์ ๋ ์นด๋ณธ๋ธ๋(N110)
์ ์ฌ์ฉํ์๊ณ , ์ฐํ ๋ฐฉ์ง์ ๋ CIBA Specialty Chemicals
Inc.์ฌ์ Inganox 1010์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๊ฐ๊ต์ ๋ ํํ์ฝํ์ฌ์
Peroxan HX-50 PS๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๊ณ , ๊ฐ๊ต์กฐ์ ๋ triallyl
isocyanurate(TAIC, stabilized with BHT)๋ก Tokyo Chemical
Industry์ฌ์ ์ ํ์ ์ฌ์ฉํ์๋ค.
๋ธ๋ ๋ ๋ฐฐํฉ ๋ฐ ์ ์กฐ. ๋ณธ ์คํ์ ์ฌ์ฉ๋ EPDM/FKM ๋ธ
๋ ๋์ ๋ฐฐํฉ๋น๋ฅผ Table 1์ ๋ํ๋ด์๋ค. ๋ธ๋ ๋์ ๋ฐฐํฉ์
EPDM๊ณผ FKM ๊ณ ๋ฌด๋ฅผ ๋ด๋ถ ํผํฉ๊ธฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ 140 oC์์
5๋ถ๊ฐ ํผ๋ จํ ํ ์นด๋ณธ๋ธ๋๊ณผ ์ฐํ๋ฐฉ์ง์ ๋ฅผ ์ฒจ๊ฐํ์ฌ, ๋์ผํ
์กฐ๊ฑด์์ 5๋ถ๊ฐ ๊ณ ๋ฌด์ ํผํฉํ์๋ค. ์์ ํ ํ, ์ด์ถ ๋กค(Farrel
8422, USA)์ ํตํด ๊ฐ๊ต์ ๋ฐ ๊ฐ๊ต์กฐ์ ๋ฅผ ๊ณ ๋ฌด์ ํจ๊ป 20๋ถ
๊ฐ ํผํฉํ์ฌ EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋๋ฅผ ์ ์กฐํ์๋ค. ์ ์กฐ๋ ๋ธ๋
๋๋ 24์๊ฐ ๋์ ์์จ์์ ์์ ํ ๊ณผ์ ์ ๊ฑฐ์น ํ, ๊ฐ๊ต ๋
์ค๋ฏธํฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ ์ ๊ฐ๊ต์๊ฐ์ ์ธก์ ํ ๋ค, ์ ์์ ํ๋
์ค(CHV 50H, Carver)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ 170 oC์์ 25 ton์ ์๋ ฅ
์ผ๋ก ๊ฐ์ํ์ฌ ๋๊ป 2 mm์ ์ํธ ์ํธ์ ์ ์ํ์๋ค.
๊ฐ๊ต ํน์ฑ. ๋ธ๋ ๋์ ๊ฐ๊ตํน์ฑ์ ์ดํด๋ณด๊ธฐ ์ํด oscillating
disk rheometer(ODR, Alpha Technologies)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ
ASTM-D2084 ๊ท์ ์ ๋ฐ๋ผ 170 oC์์ 90๋ถ ๋์ ์ต๋ํ ํฌ
(MH), ์ต์ ํ ํฌ(ML), ์ค์ฝ์น ์๊ฐ(Ts2), ์ ์ ๊ฐ๊ต์๊ฐ(T90)์
์ธก์ ํ์๋ค.
๋ชจํด๋ก์ง. ๋ธ๋ ๋์ ๋ชจํด๋ก์ง๋ Hitachi์ฌ์ field emission
scanning electron microscope(FE-SEM, S-4800)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ
๊ด์ฐฐํ์๊ณ , energy dispersive X-ray spectroscopy(EDS)๋ฅผ ์ด
์ฉํ ์์๋ถ์์ ํ์๊ณ , ์ด๋ฅผ ํ๋จ๋ฉด ์ ์ฒด์ ๋ํด mapping
ํจ์ผ๋ก์จ ๋ธ๋ ๋์ ์์ ์ด ๊ฑฐ๋์ ๋น๊ต๋ถ์ํ์๋ค.
๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ. ๊ฒฝ๋๋ ASTM-D2240 ๊ท์ ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฒฝ๋๊ณ
(Asker, Kobunishi keiki Co. Ltd)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ Shore A ๊ฒฝ๋
๋ฅผ ์ธก์ ํ์๋ค. ์ํธ๋ง๋ค ์ด 10ํ๋ฅผ ์ธก์ ํ์ฌ ํ๊ท ๊ฐ์ ์ฐ์ถ
ํ์๋ค.
์ธ์ฅ์ํ์ JIS K6251-3 ๊ท์ ์ ๋ฐ๋ผ ๋ค๋ฒจํ ์ํธ์ ์ ์กฐ
Table 1. Formulations of EPDM/FKM Blends
(unit: phr)
Sample E10 E7F3 E5F5 E2F8 E1F9 F10
EPDM 100 70 50 20 10
FKM 30 50 80 90 100
Carbon black 5 5 5 5 5 5
Anti-oxidant 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
Peroxide 3 3 3 3 3 3
TAIC 1 1 1 1 1 1
756 ์ด๊ธฐ์จยท๊น์น๊ฒธยท์ ์ฉํยท๊ฐ์์ธยท์ค์ข ๊ฐยทํ์์ผยท์ ๋ณํยท๋์ฐฝ์ด
ํด๋ฆฌ๋จธ, ์ 39๊ถ ์ 5ํธ, 2015๋
ํ ํ, ์ธ์ฅ์ํ๊ธฐ(LRX Plus, Lloyd instrument)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ
500 mm/min์ ์ธ์ฅ์๋๋ก ์ค์ํ์์ผ๋ฉฐ, ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋ฐ ํ๋จ
์ ์ฅ๋ฅ ์ ์ธก์ ํ์๋ค.
๋์ ์ ํ์ฑ. ๋ธ๋ ๋์ ๋์ ์ ํ์ฑ์ ๋๊ป 2 mm, ํญ
10 mm, ํ์ ๊ฑฐ๋ฆฌ 20 mm์ธ ์ํธ์ ๋ํด ๋์ ์ ํ์ฑ ์ํ๊ธฐ
(Q800, TA instrument)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์จ๋ ๋ฒ์ -60~70 oC, ์น
์จ ์๋ 4 oC/min, ์ฃผํ์ 11 Hz, ๋์ ๋ณํ 0.25%์ ์ง์๋ถ
์๊ธฐ ํ์์ ์ ์ฅ ๋ชจ๋๋ฌ์ค(E') ๋ฐ tanฮด๋ฅผ ์ธก์ ํ์๋ค.
๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ํ ๋ก
๊ฐ๊ตํน์ฑ. EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋์ ์กฐ์ฑ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ฐ๊ตํน์ฑ์
Figure 1์ ๋ํ๋ด์๊ณ , ์ต์ ํ ํฌ(ML), ์ต๋ํ ํฌ(MH), ๊ฐ๊ต๋ฐ
๋(MH-ML), ์ค์ฝ์น(scorch) ์๊ฐ(ts2), ์ ์ ๊ฐ๊ต์๊ฐ(t90), ๊ฐ๊ต
์๋์ง์(CRI) ๋ฑ์ ์ฃผ์ํน์ฑ์ Table 2์ ์ ๋ฆฌํ์๋ค.
EPDM, FKM์ ์ ์ ๊ฐ๊ต์๊ฐ์ ๊ฐ๊ฐ 25.3๋ถ, 7.4๋ถ์ผ๋ก ๋
ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ, EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋์ ๊ฒฝ์ฐ, EPDM๊ณผ FKM ์ฌ์ด
์ ๊ฐ์ ๋ํ๋๋ค. FKM์ ํจ๋์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ๋ธ๋ ๋์ ์
์ ๊ฐ๊ต์๊ฐ์ด ๊ฐ์ํ๊ณ ๊ฐ๊ต์๋์ง์๊ฐ ์ฆ๊ฐํ์์ผ๋ฏ๋ก ๊ฐ
๊ต๋ฐ์์ด ๋นจ๋ฆฌ ์ผ์ด๋ฌ์์ ์ ์ ์๋๋ฐ, ์ด๋ FKM์ ๊ฐ๊ต
๋ฐ์ ์๋๊ฐ EPDM๋ณด๋ค ๋น ๋ฅด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.31-33 ์ค์ฝ
์น ์๊ฐ์ FKM์ ํจ๋์ ์๊ด์์ด ๊ฑฐ์ ์ผ์ ํ๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค.
๊ฐ๊ต๋ฐ๋๋ FKM์ ํจ๋์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ๊ฐ์ํ๋ ๊ฒฝํฅ์
๋ํ๋ด์๋ค. ์ด๋ ๋ณธ ์คํ์์ ์ฃผ์ด์ง ๊ฐ๊ต์กฐ๊ฑด์์ FKM์
๊ฐ๊ต๊ฐ ์ถฉ๋ถํ ์ด๋ฃจ์ด์ง์ง ์์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ณธ ์ค
ํ์์ ์ ํํ FKM์ ์ต์ ๊ฐ๊ต ์กฐ๊ฑด์ 1์ฐจ ๊ฐ๊ต(150~180 oC,
10~30 MPa์ ์๋ ฅ)์ 2์ฐจ ๊ฐ๊ต(ํฌ์คํธ ๊ฐ๊ต, 200~250 oC)๋ก
์๋ ค์ ธ ์๋ค.34 ๊ทธ๋ฌ๋ ๋ณธ ์คํ์ ์ฌ์ฉ๋ EPDM์ 200 oC ์ด
์์ ์จ๋์์ ๊ฐ๊ตํ ๊ฒฝ์ฐ ์ด ๋ ธํ์ ๊ฐ์ ๋ฌธ์ ์ ์ด ์๊ธฐ
๋๋ฌธ์ 170 oC, 25 ton ์๋ ฅ ์กฐ๊ฑด์์ ๋์ผํ๊ฒ ๊ฐ๊ตํ์๋ค.
๋ฐ๋ผ์ ๋ธ๋ ๋ ๋ด FKM ์์ ๊ฒฝ์ฐ ํฌ์คํธ ๊ฐ๊ต์ ์ํ ์ถฉ๋ถ
ํ ๊ฐ๊ต๊ฐ ์ด๋ฃจ์ด์ง์ง ์์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ธฐ์ธ๋ ๊ฑฐ๋์ผ๋ก ์ดํด
ํ ์ ์๋ค.
๋ชจํด๋ก์ง. ๊ณ ๋ถ์ ๋ธ๋ ๋๋ ๋ ๊ณ ๋ถ์ ์ฌ์ด์ ๊ณ๋ฉด์ฅ๋ ฅ๊ณผ
์ ๋ ์ฐจ์ด๋ก ์ธํด ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์กฐ์ฑ์ด ๋ง์ ์ชฝ์ด ์ฐ์์์ ํ
์ฑํ๊ณ ์ ์ ์ชฝ์ด ๋ถ์ฐ์์ด ๋๋ค. ๋ถ์ฐ์์ ์ด๋ฃจ๋ ๊ณ ๋ถ์์
ํจ๋์ ์กฐ๊ธ์ฉ ์ฆ๊ฐ์ํค๋ฉด ์ด๋ ์๊ฐ ๋ถ์ฐ์๊ณผ ์ฐ์์์ด ๋น
์ทํด์ง๋ฉด์ ๋ ๊ณ ๋ถ์๊ฐ ๋์ผํ๊ฒ ์กด์ฌํ๋ ๊ณต๋ ์ฐ์์(co-
continuous)์ด ์กด์ฌํ ์ ์๊ณ , ๋ถ์ฐ์์ ํจ๋์ ๋ ์ฆ๊ฐ์ํค
๋ฉด ๋ถ์ฐ์์ด ์ฐ์์์ผ๋ก ๋ฐ๋๋ ์์ ์ด๊ฐ ๋ํ๋๋ค.21,30 ๊ณ ๋ถ
์ ๋ธ๋ ๋๊ฐ ์ฐ์์-๋ถ์ฐ์(sea-island)์ ๋ชจํด๋ก์ง๋ฅผ ๊ฐ์ง ๊ฒฝ
์ฐ, ๋ธ๋ ๋์ ํน์ฑ์ ์ฐ์์์ ์ํฅ์ ๋ง์ด ๋ฐ๊ฒ ๋๋ฉฐ, ๋ถ์ฐ
์์ ๋ณด์ํ๋ ์ญํ ์ ํ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๋ธ๋ ๋์ ๋ชจํด๋ก์ง ๋ฐ ์
์ ์ด ๋ถ์์ ํตํด ์ฐ์์๊ณผ ๋ถ์ฐ์์ ์กฐ์ ํ๋ฉด ์ํ๋ ํน์ฑ
์ ๊ฐ๋ ๋ธ๋ ๋ ์ ์กฐ๊ฐ ๊ฐ๋ฅํ๋ค.
ํํธ, ๊ณ ๋ถ์ ๋ธ๋ ๋์ ๋ชจํด๋ก์ง ๋ฐ ์์ ์ด์ ๋ถ์์ ์ํธ
์ ๋งค์ฐ ์์ ๋ฐํธ์ผ๋ก ์ ์กฐํ์ฌ ์ผ์ํ๊ฑฐ๋ ์์นญํ ํ ํฌ๊ณผ
์ ์ํ๋ฏธ๊ฒฝ(TEM)์ ์ด์ฉํ ๋ถ์๊ณผ ์ฃผ์ฌํ์นจํ๋ฏธ๊ฒฝ(AFM)์
์ด์ฉํ์ฌ ์กฐ์ฌํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ ๋ฑ์ด ๋๋ฆฌ ์ฌ์ฉ๋๊ณ ์๋ค. ์ํธ์ ํ
๋จํ ํ, ์ผ๋ฃ๋ฅผ ํตํด ํน์ ๊ณ ๋ถ์๋ฅผ ์ผ์ํ๋ฉด ์ผ์๋ ๊ณ ๋ถ
์์ ์ผ์๋์ง ์์ ๊ณ ๋ถ์์ ๋ฐ๊ธฐ ์ฐจ์ด์ ์ํด TEM์ ํต
ํ ๋ชจํด๋ก์ง ๊ด์ฐฐ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ค.34,35 ์์นญ์ ์ฉ์ก์ ์ด์ฉํ์ฌ ํน
์ ๊ณ ๋ถ์๋ฅผ ์ ๊ฑฐํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ธ๋ ๋์ ํ๋จ๋ฉด์ ์์นญํ ํ,
AFM์ด๋ ์ ์ํ๋ฏธ๊ฒฝ(SEM)์ ํตํด ์ด๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ๋ฉด ์์นญ๋์ง
์์ ๊ณ ๋ถ์ ๋ถ๋ถ๊ณผ ์์นญ๋์ด ๊ณ ๋ถ์๊ฐ ๋น ์ ธ๋๊ฐ ๋น ๊ณต๊ฐ์ด
๋ถ์ฐ์๊ณผ ์ฐ์์์ผ๋ก ๋ํ๋๋ค.36-38 ๊ทธ๋ฌ๋ ์ผ์๊ณผ ์์นญ์ ์ด
์ฉํ ๊ฒฝ์ฐ, ๊ณ ๋ถ์ ๋ธ๋ ๋ ์ค ํน์ ๊ณ ๋ถ์๋ฅผ ์ ํ์ ์ผ๋ก ์ผ
์์ํค๊ฑฐ๋ ์์นญ์ํค๋ ์ฉ์ก์ ์ฐพ์์ผํ ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ์ผ์๊ณผ
์์นญ๊ณผ์ ์ ๊ฑฐ์ณ์ผ ํ๋ ๋ฒ๊ฑฐ๋ก์์ด ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ด
๋ฌํ ๋ฒ๊ฑฐ๋ก์์ ์ค์ด๊ธฐ ์ํด SEM ํ๋จ๋ฉด๊ณผ EDS ์์๋ถ์
๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ํธ mappingํจ์ผ๋ก์จ ๊ฐ๋จํ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์ ๋ชจํด๋ก์ง
๋ถ์์ ์๋ํ์๋ค.
EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋๋ฅผ ์ก์ฒด์ง์์์ ํ๋จํ ํ, ํ๋จ๋ฉด์
FE-SEM์ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ธ๋ ๋์ ๋ชจํด๋ก์ง๋ฅผ ๊ด์ฐฐํ ๊ฒฐ๊ณผ(Figure
2), ์์ํ EPDM(a)๊ณผ FKM(f)์์๋ ๊ฐ๊ฐ ๋จ์ผ ๋ช ์์ ๋
ํ๋ด๊ณ ์์ง๋ง, ๋ธ๋ ๋์ ๊ฒฝ์ฐ(b, c, d, e) ๋ช ์์ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณดFigure 1. Rheographs of EPDM/FKM blends.
Table 2. Curing Characteristics of EPDM/FKM Blends
Sample E10 E7F3 E5F5 E2F8 E1F9 F10
MH (dNm) 57.6 55.7 53.7 45.0 39.6 38.4
ML (dNm) 6.1 6.6 6.3 5.1 5.6 4.3
MH-ML (dNm) 51.5 49.1 47.4 39.9 34 34.1
ts2 (min) 2.3 2.1 2 2.1 2.3 2.1
t90 (min) 25.3 19.5 17.1 12.2 11.1 7.4
CRI (min-1) 4.4 5.8 6.6 9.9 11.3 19
*CRI (Cure rate index)=100/(cure time - scorch time).
์ํธ๋ -ํ๋กํ๋ -๋์-๋ชจ๋ ธ๋จธ/๋ถ์๊ณ ๋ฌด ๋ธ๋ ๋์ ์ ๋ชจํด๋ก์ง์ ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ 757
Polymer(Korea), Vol. 39, No. 5, 2015
์ด๋ ๋ชจํด๋ก์ง๋ฅผ ๋ํ๋ด๊ณ ์๊ณ , ๋ธ๋ ๋์ ์กฐ์ฑ์ ๊ฐ์ํ ๋
๋ฐ์ ์์ญ์ด FKM์ ๋ํ๋ด๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ถ์ ๋๋ค. FKM์ด 30
๊ณผ 50 phr์ธ ๊ฒฝ์ฐ(b, c) ๋ฐ์ ๋ถ๋ถ์ด ๋ถ์ฐ์์ ์ด๋์ด ๋ถ๋ถ์ด
์ฐ์์์ ๋ํ๋ด๋ ์์ โsea-islandโ ๊ตฌ์กฐ์ฒ๋ผ ๋ํ๋ฌ๋ค. FKM
์ด 80 phr์ธ ๊ฒฝ์ฐ(d) ๋ฐ์ ๋ถ๋ถ๊ณผ ์ด๋์ด ๋ถ๋ถ์ด ๊ณต์กดํ๋ ๊ณต
๋ ์ฐ์์์, FKM์ด 90 phr์ธ ๊ฒฝ์ฐ(e) ๋ฐ์ ๋ถ๋ถ์ด ๋ถ์ฐ์์ผ
๋ก ์ญ์ ๋๋ ์์ ์ด(phase inversion)๊ฐ ๋ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด์ธ
๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ FE-SEM ๋ชจํด๋ก์ง๋ง์ผ๋ก๋ ๊ณ ๋ถ์ ๋ธ๋ ๋์ ์
๊ฑฐ๋์ผ๋ก ๋จ์ ํ ์๋ ์๋ค.
FE-SEM์์ ์ถ์ ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด EDS ๋ถ์์ ํต
ํ ํ์(๋นจ๊ฐ)์ ๋ถ์(์ด๋ก)์ ๋ํ ์์๋ถ์ ์ด๋ฏธ์ง๋ฅผ ์ป์
๊ณ (Figure 3), ๊ฐ ๋ธ๋ ๋์ ๋ํ ์ฃผ์ ์์๋ถ์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ Table
3์ ์ ๋ฆฌํ์๋ค. ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก ํ์์ ๋ถ์ ์ด๋ฏธ์ง๊ฐ ์๋ก ์
๊ฒน์ณ์ง๊ณ ์๊ณ , ์ ์ ํ FE-SEM ๋ชจํด๋ก์ง์๋ ๊ฒน์ณ์ง๋ ๊ฒ
์ผ๋ก ๋ฏธ๋ฃจ์ด Figure 2์์ ์ป์๋ ์ ๋ชจํด๋ก์ง์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ท
๋ฐ์นจํ๊ณ ์๋ค. FKM์ ํจ๋์ ๋น๋กํ์ฌ ๋ถ์์์ F์ ํจ๋
์ด ์ฆ๊ฐํ์์ผ๋ฉฐ ๋ถ์ฐ์์ธ FKM์ ์ ์ ๋ชจ์์ด ํ์ํ๊ณผ ๊ธด
์ฌ์ ์์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. ์ด๋ ๋ธ๋ ๋ ํผํฉ ์ ์ ๋จ ์๋ ฅ์ด ์
์ฉํ ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ๋ถ์ฐ์์ ๋ณํ์ด ์ผ์ด๋ฌ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ผ๋ก ๋ณด์ธ๋ค.30
FKM์ ํจ๋์ด ๋ ์ฆ๊ฐํ์ฌ ์กฐ์ฑ์ด 80 phr์ ์ด๋ฅด๋ฉด EPDM
๊ณผ FKM์ด ๊ณตํ ์ฐ์์์ ์ด๋ฃจ๋ co-continuous ๋ชจํด๋ก์ง๊ฐ
๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ, FKM์ด 90 phr์ ์ด๋ฅด๋ฉด FKM์ด ์ฐ์์์ผ๋ก ์
ํ๋๋ ์์ ์ด๊ฐ ๊ด์ฐฐ๋์๋ค. Table 3์ ๋ํ๋ธ ์์ํจ๋์
์๋ FKM์ ํจ๋์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก F ํจ๋์ด ์ ์ฐจ ์ฆ๊ฐํ์์ผ
๋ฉฐ, ๊ณต๋ ์ฐ์์์ ๋ํ๋ด๋ E2F8 ์กฐ์ฑ์์๋ C์ F์ ํจ๋
์ด ๊ฑฐ์ ๋์ผํ๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค. ์์ ์ด๊ฐ ๊ด์ฐฐ๋ E1F9 ์กฐ์ฑ์์
๋ F๊ฐ C์ ํจ๋์ ๋ฅ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค.
Figure 2. FE-SEM images of EPDM/FKM blends: (a) E10; (b)
E7F3; (c) E5F5; (d) E2F8; (e) E1F9; (f) F10.
Figure 3. EDS chemical elements mapping of EPDM/FKM blends
(red dot indicate carbon atom and green dot indicate fluorine atom):
(a) E10; (b) F10; (c),(d) E7F3; (e),(f) E5F5; (g),(h) E2F8; (i),(j)
E1F9.
758 ์ด๊ธฐ์จยท๊น์น๊ฒธยท์ ์ฉํยท๊ฐ์์ธยท์ค์ข ๊ฐยทํ์์ผยท์ ๋ณํยท๋์ฐฝ์ด
ํด๋ฆฌ๋จธ, ์ 39๊ถ ์ 5ํธ, 2015๋
๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ. EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋์ ์กฐ์ฑ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ฒฝ๋ํน์ฑ
์ Table 4์ ๋ํ๋ด์์ผ๋ฉฐ, Figure 4์๋ ์ธ์ฅ์คํ์ ์๋ ฅ-
๋ณํ ๊ณก์ ์ผ๋ก ๋ํ๋ด์๊ณ , ๋ธ๋ ๋ ์กฐ์ฑ๋น์ ๋ค๋ฅธ ์ธ์ฅ๊ฐ๋
์ ํ๋จ์ ์ฅ๋ฅ ๊ฑฐ๋์ ๊ฐ๊ฐ Figure 5๊ณผ Figure 6์ ๋ํ๋ด์
๋ค. FKM์ ํจ๋์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฒฝ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ์์ผ๋ฉฐ, ์ธ
์ฅ๊ฐ๋, ํ๋จ์ ์ฅ๋ฅ ๋ชจ๋ ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ
๋ก FKM์ ๊ฒฝ๋, ์ธ์ฅ๊ฐ๋, ํ๋จ์ ์ฅ๋ฅ ์ด EPDM๋ณด๋ค ๋๊ธฐ
๋๋ฌธ์ ์ด๋ฌํ ๊ฒฝํฅ์ด ๋ํ๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด์ธ๋ค.39 ํนํ ์ธ์ฅ
๊ฐ๋์ ๊ฒฝ์ฐ, E1F9์ ์กฐ์ฑ์์ ๊ธ๊ฒฉํ ์ฆ๊ฐ ํ์์ด ๋ํ๋ฌ๋
๋ฐ, ์ด๋ FKM์ด ์ฐ์์์ผ๋ก ๋ํ๋๋ ์์ ์ด๊ฐ ์ผ์ด๋๋ฉด์
๋ธ๋ ๋์ ํน์ฑ์ด FKM์ ๋ฌผ์ฑ์ ํฌ๊ฒ ์์กดํ๊ฒ ๋์๊ธฐ ๋๋ฌธ
์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ์ด ๊ฒฐ๊ณผ๋ FE-SEM๊ณผ EDS ๋ถ์์ ํตํด ๊ด
์ฐฐํ ์์ ์ด ๊ฑฐ๋๊ณผ ์ผ์นํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณธ ์คํ์์ ์๋๋
EDS ์์๋ถ์ ๋ฐ mapping ๋ฐฉ๋ฒ์ด ๋งค์ฐ ์ ์ฉํ๋ค๊ณ ํ๋จ๋๋ค.
๋์ ๊ธฐ๊ณํน์ฑ. EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋์ ๋์ ์ ํ์ฑ ๊ฑฐ๋์
DMA๋ฅผ ํตํด ์ธก์ ํ์์ผ๋ฉฐ, ์ ์ฅ ๋ชจ๋๋ฌ์ค(E')์ ์์ค๊ณ์
tanฮด๋ฅผ Figures 7, 8์ ๊ฐ๊ฐ ๋ํ๋ด์๋ค. ์ ์ฅ ๋ชจ๋๋ฌ์ค๋
FKM์ ํจ๋์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋๋ฐ ์ด๋
Table 3. EDS Analysis of the EPDM/FKM Blends
SampleE10 E7F3 E5F5 E2F8 E1F9 F10
Wt% At% Wt% At% Wt% At% Wt% At% Wt% At% Wt% At%
C 96.6 97.7 93.2 95.8 79 85.7 48.7 60.2 40.3 51.8 33 43.9
F 5.7 3.7 20.5 14.1 49.8 39 58.8 47.7 66.2 55.6
O 2.6 2.0
Si 0.8 0.3 1.1 0.5 0.5 0.2 1.5 0.8 0.9 0.5 0.8 0.5
Total 100 100 100 100 100 100
Table 4. Hardness of the EPDM/FKM Blends
Sample E10 E7F3 E5F5 E2F8 E1F9 F10
Hardness (Shore A) 54.3ยฑ0.42 55.4ยฑ0.60 56.2ยฑ0.48 56.2ยฑ0.60 56.4ยฑ0.56 57.1ยฑ0.74
Figure 4. Tensile stress-strain curves of EPDM/FKM blends.
Figure 5. Tensile strength of EPDM/FKM blends as a function of
FKM content.
Figure 6. Elongation at break of EPDM/FKM blends as a function
of FKM content.
์ํธ๋ -ํ๋กํ๋ -๋์-๋ชจ๋ ธ๋จธ/๋ถ์๊ณ ๋ฌด ๋ธ๋ ๋์ ์ ๋ชจํด๋ก์ง์ ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ์ฑ 759
Polymer(Korea), Vol. 39, No. 5, 2015
์์์ ์ธ๊ธํ ๊ฒ๊ณผ ๊ฐ์ด FKM์ด EPDM๋ณด๋ค ์ฐ์ํ ๊ธฐ๊ณ์
๋ฌผ์ฑ์ ๋ํ๋ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ํ ์ ์ฅ ๋ชจ๋๋ฌ์ค๋
์ฐ์์์ ์ข ๋ฅ์ ๋ฐ๋ผ ๋ค๋ฅธ ๊ณก์ ํํ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. FKM์
ํจ๋์ด ์ ์ ์กฐ์ฑ์์๋ EPDM๊ณผ ๋น์ทํ ๊ณก์ ํํ๋ฅผ ๋ณด์
์ผ๋ FKM์ ํจ๋์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ FKM๊ณผ ๋น์ทํ ๊ณก์ ํ
ํ๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค. ํนํ FKM์ด ๋ถ์ฐ์์์ ์ฐ์์์ผ๋ก ์ ํ
๋๋ E1F9์ ๊ฒฝ์ฐ, FKM๊ณผ ๊ฑฐ์ ์ ์ฌํ ์ ์ฅ ๋ชจ๋๋ฌ์ค ๊ณก์
ํํ๋ฅผ ๋ํ๋ด๊ณ ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋์ ์ ์ฅ
๋ชจ๋๋ฌ์ค๋ ์ฐ์์์ ๋ํ๋ด๋ ๊ณ ๋ถ์์ ์ํฅ์ ํฌ๊ฒ ๋ฐ๋
๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๊ณ ๋ถ์ ๋ธ๋ ๋์ ์ ๋ฆฌ์ ์ด์จ๋(Tg)๋ DMA
์ tanฮด ์ธก์ ์ ํตํด ํ์ธํ์๋ค. ๋ธ๋ ๋๋ฅผ ์ด๋ฃจ๊ณ ์๋ ๋
๊ณ ๋ถ์๊ฐ ์์ ํ ํผํฉ๋์ด ํ๋์ ์๋ง์ด ์กด์ฌํ ๊ฒฝ์ฐ, ํ๋
์ Tg ๊ฐ์ด ๋ํ๋์ง๋ง ๋ ๊ณ ๋ถ์๊ฐ ํผํฉ๋์ง ์์ 2๊ฐ์ ์
์ด ์กด์ฌํ ๊ฒฝ์ฐ, ๊ณ ๋ถ์ ๊ฐ๊ฐ์ Tg ๊ฐ์ด ํจ๊ป ๋ํ๋๋ค. ์ด๋,
๋ ๊ณ ๋ถ์๊ฐ ์์ ํ ํผํฉ๋์ง ์์์ง๋ง ๋ถ๋ถ์ ์ผ๋ก ํผํฉ๋์ด
์๋ค๋ฉด 2๊ฐ์ Tg๊ฐ ์๋ก ๊ฐ๊น์์ง๋ ํ์์ด ์ผ์ด๋๋ค.40
Figure 8์์ ๋ณผ ์ ์๋ฏ์ด EPDM์ Tg๋ -35 oC, FKM์
Tg๋ -6 oC๋ก ๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ ๋ธ๋ ๋์ ๊ฒฝ์ฐ, EPDM ์๊ณผ FKM
์์ ์ํด 2๊ฐ์ Tg ๊ฐ์ด ๋ํ๋๋ฉด์ ์ ํ์ ์ธ ๋นํผํ์ฑ ๊ณ
๋ถ์ ๋ธ๋ ๋์ tanฮด ๊ณก์ ์ ๋ํ๋ด์๋ค. ๋ธ๋ ๋์ Tg ํผํฌ๋
๋ธ๋ ๋์ ์กฐ์ฑ์ ๋ฐ๋ผ ๋ค๋ฅด๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋๋ฐ, ์กฐ์ฑ์ด ๋ง์ ๊ณ ๋ถ
์์ Tg ํผํฌ๋ ํฌ๊ณ ๊ฐํ๊ฒ ๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ, ์ ์ ์กฐ์ฑ์ Tg ํผ
ํฌ๋ ์๊ณ ์๋งํ๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค. ๋ํ ๊ณ ๋ถ์์ ์กฐ์ฑ์ด ์ฆ๊ฐํ
์๋ก ๊ณ ๋ถ์ ๋ณธ๋์ Tg ํผํฌ์ ์ ์ฌํ ํผํฌ๋ฅผ ๋ํ๋๋ค. ์ฆ,
EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋์์ EPDM ์์ ์ํด ๋ํ๋๋ Tg ํผํฌ
๋ EPDM์ ํจ๋์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ์์ EPDM์ Tg์ธ -35 oC
์ ๊ฐ๊น์์ง๊ณ , FKM ์์ ์ํด ๋ํ๋๋ Tg ํผํฌ๋ ์์
FKM์ Tg์ธ -5 oC์ ๊ฐ๊น์์ง๋ ๊ฒฝํฅ์ด ๋ํ๋ฌ๋ค. EPDM/
FKM ๋ธ๋ ๋์์๋ ๋ ๊ณ ๋ถ์์ ๋ถ๋ถ์ ํผํฉ์ผ๋ก ์ธํ Tg์
์ด๋์ด ๋ํ๋์ง ์์๋๋ฐ, ์ด๋ ๋น๊ทน์ฑ์ธ EPDM๊ณผ ๊ทน์ฑ์ธ
FKM์ ์์ฉ์ฑ์ด ๋งค์ฐ ์์ ํผํฉ์ด ์ผ์ด๋๊ธฐ ์ด๋ ต๊ธฐ ๋๋ฌธ์ธ
๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
๊ฒฐ ๋ก
EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋์ ์กฐ์ฑ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ชจํด๋ก์ง์ ๊ธฐ๊ณ์ ๋ฌผ
์ฑ์ ์์๋ณด๊ธฐ ์ํด ๋ค์ํ ์กฐ์ฑ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ธ๋ ๋๋ฅผ ์ ์กฐํ๊ณ
๊ฐ๊ตํน์ฑ, FE-SEM, EDS ๋ถ์, ์ธ์ฅํน์ฑ, ๊ฒฝ๋ํน์ฑ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ
๋์ ์ ํ์ฑ์ ์กฐ์ฌํ ๊ฒฐ๊ณผ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ป์๋ค.
EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋๋ FKM์ ํจ๋์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ๊ฐ๊ต์
๋๊ฐ ๋นจ๋ผ์ก์ผ๋, ๊ฐ๊ต๋ฐ๋๋ ๊ฐ์ํ์๋ค. ์ค์ฝ์น ์๊ฐ์ ๋ธ
๋ ๋ ์กฐ์ฑ์ ์๊ด์์ด ์ผ์ ํ ๊ฐ์ ๋ํ๋ด์๋ค.
EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋์ ๋ชจํด๋ก์ง ๋ฐ ์์ ์ด ๊ฑฐ๋ ๊ด์ฐฐ์ ์
ํด FE-SEM๊ณผ EDS์ ์์๋ถ์ ๋ฐ mapping์ ํตํ์ฌ ๋ชจ๋
๋ธ๋ ๋ ์กฐ์ฑ์์ ์ ํ์ ์ธ ์ฐ์์-๋ถ์ฐ์ ๋ชจํด๋ก์ง๋ฅผ ๋ณด์์ผ
๋ฉฐ, E2F8์ ๋ธ๋ ๋ ์กฐ์ฑ์์ ๊ณต๋์ฐ์์ ๋ชจํด๋ก์ง, E1F9์
์ ์์ ์ด ๊ฑฐ๋์ด ๊ด์ฐฐ๋์๋ค.
EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋์ ๊ฒฝ๋, ์ธ์ฅ๊ฐ๋, ํ๋จ์ ์ฅ๋ฅ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ
๋ชจ๋๋ฌ์ค ๋ชจ๋ FKM์ ํจ๋์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒฝํฅ์
๋ณด์์ผ๋ฉฐ, ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ๊ฒฝ์ฐ, E1F9์์ ๊ธ๊ฒฉํ ์ฆ๊ฐ๋ฅผ ๋ณด์๋ค.
์ด๋ ๋ธ๋ ๋์ ์ฐ์์์ด EPDM์์ FKM์ผ๋ก ๋ณํ๋๋ ์
์ ์ด๊ฐ ์ผ์ด๋๋ฉด์ ๋ํ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก ํด์๋์๋ค.
EPDM/FKM ๋ธ๋ ๋์ ์ ์ฅ ๋ชจ๋๋ฌ์ค๋ FKM์ ํจ๋์ด ์ฆ
๊ฐํ ์๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ, EPDM๊ณผ FKM์ ๊ทน์ฑ
์ฐจ์ด๋ก ์ธํด ํผํฉ์ด ์ด๋ ค์ฐ๋ฏ๋ก ๋ ๊ณ ๋ถ์์ Tg๋ฅผ ํจ๊ป ๊ฐ๋
์ ํ์ ์ธ ๋นํผํ์ฑ ๊ณ ๋ถ์ ๋ธ๋ ๋์ tanฮด ๊ฑฐ๋์ด ๊ด์ฐฐ๋์๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์๋๋ EDS ์์๋ถ์ ๋ฐ mapping ๋ถ์๋ฒ์
๊ตฌ์ฑ ์์๊ฐ ๋ค๋ฅธ ๊ณ ๋ถ์ ๋ธ๋ ๋ ์์คํ ์ ์๊ฑฐ๋ ๋ถ์์ ๋งค
์ฐ ์ ์ฉํ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
Figure 7. Storage modulus (E') of EPDM/FKM blends as a function
of temperature.
Figure 8. Tanฮด of EPDM/FKM blends as a function of temperature.
760 ์ด๊ธฐ์จยท๊น์น๊ฒธยท์ ์ฉํยท๊ฐ์์ธยท์ค์ข ๊ฐยทํ์์ผยท์ ๋ณํยท๋์ฐฝ์ด
ํด๋ฆฌ๋จธ, ์ 39๊ถ ์ 5ํธ, 2015๋
๊ฐ์ฌ์ ๊ธ: ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ํ๊ตญ์ฐ์ ๊ธฐ์ ํ๊ฐ๊ด๋ฆฌ์์ ์ง์์
๋ฐ๋ ์ฐ์ ์์ฒ๊ธฐ์ ๊ฐ๋ฐ์ฌ์ (๊ณผ์ ๋ฒํธ 1004003)์ ํตํด ์ํ
๋ ์ฐ๊ตฌ์ด๋ฉฐ, ์ด์ ๊ฐ์ฌ๋๋ฆฝ๋๋ค.
์ฐธ ๊ณ ๋ฌธ ํ
1. A. Parthasarathy and S. Srinivasan, Electroanal. Chem., 339, 101
(1992).
2. K. A. Mauritz and R. B. Moore, Chem. Rev., 104, 4535 (2004).
3. S. Mitra, A. Ghanbari-Siahkali, P. Kingshott, K. Almdal, H. K.
Rehmeier, and A. G. Christensen, Polym. Degrad. Stab., 83, 195
(2004).
4. M. Schulze, T. Knori, A. Schneider, and E. Gulzow, J. Power
Sources, 127, 222 (2004).
5. A. Husar, M. Serra, and C. Kunusch, J. Power Sources, 169, 85
(2007).
6. W. S. Choi, G. W. Kim, J. S. Do, M. H. Yoo, and S. H. Ryu, Elast.
Compos., 46, 132 (2011).
7. K. H. Seo, K. S. Cho, I. S. Yun, W. H. Choi, B. K. Hur, and D.
G. Kang, Elast. Compos., 45, 212 (2010).
8. S. J. C. Cleghorn, D. K. Mayfield, D. A. Moore, J. C. Moore, G.
Rusch, T. W. Sherman, N. T. Sisofo, and U. Beuscher, J. Power
Sources, 158, 446 (2006).
9. J. St-Pierre and N. Jia, J. New Mater. Electrochem. Syst., 5, 263
(2002).
10. N. Sammes, Fuel Cell Technology: Reaching Towards
Commercialization, Springer Publishers, New York, 2006.
11. V. Neburchilov, J. Martin, H. Wang, and J. Zhang, J. Power
Sources, 169, 221 (2007).
12. Y. Wang, K. S. Chen, J. Mishler, C. C. Sung, and C. A. Xavier,
Appl. Energ., 88, 981 (2011).
13. M. R. Ashraf Khorasani, S. Asghari, A. Mokmeli, M. H.
Shahsamandi, and B. Faghih Imani, Inter. J. Hydrogen Energ.,
35, 9269 (2010).
14. H. G. Kim and S. C. Nah, New Renewable Energy & Fuel Cell,
Studies Information, 2006.
15. U. Basuli, J. Jose, R. H. Lee, Y. H. Yoo, K.-U. Jeong, J.-H. Ann,
and C. Nah, J. Nanosci. Nanotechnol., 12, 7641 (2012).
16. U. Basuli, J. Jose, R. H. Lee, Y. H. Yoo, K.-U. Jeong, J.-H. Ahn,
C. Nah, J. Nanosci. Nanotechnol., 12, 7641 (2012).
17. D. H. Kim, S. H. Hwang, and B. S. Kim, J. Appl. Polym. Sci.,
125, 1625 (2012).
18. A. B. Nair, P. Kurian, and R. Joseph, Mater. Design, 36, 767
(2012).
19. Y. Wang, L. Liu, Y. Luo, and D. Jia, Polym. Degrad. Stab., 94,
443 (2009).
20. A. B. Nair, P. Kurian, and R. Joseph, Eur. Polym. J., 49, 247
(2013).
21. Y.-K. Chung, S.-G. Lee, B. R. Cho, and K.-Y. Choi, Polym.
Korea, 29, 166 (2005).
22. A. L. N. da Silva and F. M. B. Coutinho, Polym. Test., 15, 45
(1996).
23. J.-C. Lee, T.-G. Kim, K.-S. Hwang, and K.-R. Ha, Elastomer, 43,
8 (2008).
24. E. Gomaa, J. Appl. Polym. Sci., 105, 2564 (2007).
25. R. Chowdhury, M. S. Banerji, and K. Shivakumar, J. Appl.
Polym. Sci., 100, 1008 (2006).
26. S. Kole, A. Bhattacharya, D. K. Tripathy, and A. K. Bhowmick,
J. Appl. Polym. Sci., 48, 529 (1993).
27. J. Konar, S. Kole, N. Avasthi, and A. K. Bhowmick, J. Appl.
Polym. Sci., 61, 501 (1996).
28. S. Kole, S. Roy, and A. K. Bhowmick, Polymer, 36, 3273 (1995).
29. B. D. Favis, J. Appl. Polym. Sci., 39, 285 (1990).
30. S.-G. Lee, J. H. Lee, K.-Y. Choi, and J. M. Rhee, Polym. Korea,
22, 258 (1998).
31. S.-S. Choi and O.-B. Kim, Elast. Compos., 46, 138 (2011).
32. S.-S. Choi, K.-J. Hwang, and B.-T. Kim, J. Appl. Polym. Sci., 98,
2282 (2005).
33. S.-S. Choi, B.-H. Park, and H. Song, Polym. Adv. Technol., 15,
122 (2004).
34. B. Amรฉduri, B. Boutevin, and G. Kostov, Prog. Polym. Sci., 26,
105 (2001).
35. C.-H. Chen, J. C. LaRue, R. D. Nelson, L. Kulinsky, and M. J.
Madou, J. Appl. Polym. Sci., 125, 3134 (2012).
36. H. Wang and R. J. Composto, Europhys. Lett., 50, 622 (2000).
37. L. Li, X. Shen, S. W. Hong, R. C. Hayward, and T. P. Russell,
Angew. Chem. Int. Ed., 51, 4089 (2012).
38. M. V. Novelloa, L. G. Carreiraa, and L. B. Canto, Mater. Res., 17,
1285 (2014).
39. S.-S. Choi, C. W. Joo, and D. C. Kim, Elastomer, 37, 14 (2002).
40. D. R. Paul and S. Newman, Polymer Blends, Academic Press,
New York, 1978.