01 나일론 강화의 당위성
기술명 폴리아미드로도 알려진 나일론은 섬유 또는 엔지니어링 플라스틱을 만드는 데 사용되는 인기 있는 폴리머입니다.
1935년 듀폰의 캐로더스 박사가 처음 나일론을 개발한 이래 80여 년이 지났습니다. 최초의 나일론 6과 66을 시작으로 현재 지방족, 반방향족, 방향족 나일론까지 총 20종에 이르는 방대한 나일론 계열이 개발되었습니다. 새로운 나일론 모노머가 지속적으로 합성되고 있기 때문에 이 A값은 계속 증가하고 있습니다.
나일론 6과 66은 나일론 계열의 다양한 소재 중 가장 널리 사용되는 소재입니다. 간단하고 저렴하며 사용자 친화적이고 비용 효율성이 그 이유입니다.
나일론의 장점
가장 많이 사용되는 엔지니어링 플라스틱인 나일론 6과 66은 다음과 같은 다양한 이점을 제공합니다:
높은 기계적 인성
간편한 처리
뛰어난 내열성
내구성
화학 시약에 견딜 수 있음
자체 윤활
뛰어난 내염성
나일론 없음
나일론의 뛰어난 성능에도 불구하고 두 가지 중요한 단점이 있습니다:
상당한 수분 흡수
저온에 대한 저항력 저하
나일론은 영하 20~30도 정도의 저온에서는 유리처럼 깨지기 쉬워 업계에서 복원력이 떨어지는 것으로 악명이 높습니다.
듀폰은 나일론의 저온 인성이 약하다는 단점을 해결하기 위해 나일론의 저온 인성을 높이고 수분 흡수를 줄이기 위해 강화 화합물을 개발했습니다.
02 나일론 강화제란 무엇인가요?
컨셉 평가
나일론 강화제를 논의할 때 강화제, 충격 개질제, 내한제, 호환제 등 많은 유사 용어가 잘못 이해되고 있습니다.
나일론은 왜 추운 날씨에 잘 부서지나요? 너무 까다롭기 때문입니다. 이론적으로는 나일론과 특정 부드러운 소재(이 맥락에서 부드러움과 경도는 소재의 항복 강도로 표현할 수 있음)를 결합하거나 나일론보다 항복 강도가 낮은 폴리머 소재와 결합하여 해결할 수 있습니다.
강화제, 충격 개질제, 내한성 화합물은 모두 나일론의 강화를 설명하는 데 사용되는 이름이지만, 호환제는 구조와 기능 면에서 근본적으로 구별됩니다(아래에서 자세히 설명합니다).
강화제로 사용하기에 적합한 물질에는 어떤 것이 있나요?
나일론의 인성은 어떤 식으로든 호환되어야 한다는 가정이 있지만, 항복 강도가 나일론보다 낮으면 나일론의 인성을 높일 수 있습니다. 따라서 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 열가소성 엘라스토머, 가소제, 심지어 물까지도 나일론의 저온 인성을 어느 정도 높일 수 있습니다.
고무와 열가소성 엘라스토머는 현재 업계에서 나일론 강화에 가장 많이 사용되는 두 가지 소재입니다. 하지만 이제 문제가 다시 나타납니다. 이 두 물질은 대부분 비극성 원자 탄소와 수소로 이루어진 반면 나일론은 극성이 강한 물질이기 때문에 서로 완전히 호환되지 않습니다.
어떻게 처리하나요? 비극성 강화제를 극성으로 만들기만 하면 됩니다. 전통적으로 고무 및 열가소성 엘라스토머를 변경하기 위해 말레산 무수물(MAH), 글리시딜 메타크릴레이트(GMA), 이타콘산(ITA) 등과 같은 극성 모노머가 사용됩니다. 듀폰에서 가장 많이 사용하는 모노머는 MAH입니다.
어떤 강화제를 가장 많이 사용하나요?
말레산 무수물 접목 에틸렌-옥텐 공중합체(POE-g-MAH)와 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM-g-MAH)는 현재 가장 널리 사용되는 두 가지 나일론 강화제입니다.
POE-g-MAH
미국에 본사를 둔 DOW Chemical Company는 뛰어난 성능을 가진 폴리올레핀 엘라스토머인 에틸렌-1-옥텐 공중합체라고도 알려진 POE를 개발했습니다. 이 제품은 주쇄에 균일한 단쇄 분기가 있고 분자량 범위가 제한되어 있습니다.
POE는 우수한 노화 저항성, 강한 오존 저항성, 우수한 용제 저항성 및 높은 인열 강도를 가지고 있습니다.
EPDM-g-MAH
EPDM 고무라는 기술명으로도 알려진 공중합체는 에틸렌, 프로필렌 및 미량의 비공액 디엔으로 만들어집니다. 불포화 이중 결합은 측쇄에 존재하는 반면 포화 이중 결합은 주쇄를 구성합니다. 내후성과 노화 저항성이 뛰어나지만 강도 면에서 완전 포화 세그먼트를 가진 POE와 비교할 수 없습니다.
나일론 소재의 항복 강도가 POE 및 EPDM보다 훨씬 높기 때문에 저온에서 나일론의 인성을 크게 높일 수 있습니다. MAH 그래프트 변경 시 극성이 상승하여 나일론 호환성이 향상됩니다.
03 나일론 강화
나일론 강화 원리
C=C 이중 결합과 무수산은 MAH 분자의 두 가지 중요한 그룹입니다. 이 두 그룹은 강화 공정에서 각자의 역할을 수행하면서 나일론의 인성 향상이라는 목표를 달성하기 위해 함께 작용합니다.
먼저 C=C 이중 결합의 기능에 대해 알아봅시다. 불활성 고무 또는 엘라스토머 주쇄는 먼저 자유 라디칼 개시제를 사용하여 활성화시켜 주쇄에 자유 라디칼 활성 부위를 만들어야 합니다. 이를 통해 C=C 이중 결합이 끊어지고 접목된 가지가 강화제의 주쇄에 부착될 수 있습니다.
다음으로 무수기에 대해 알아보겠습니다. MAH에는 강화제에 접목된 무수기가 있습니다. 나일론과 강화제가 결합되면 무수화물은 아민기와 반응하여 나일론과 강화제 세그먼트를 모두 포함하는 복합체를 생성합니다. 이러한 특정 유형의 그라프트 공중합체는 강화제와 완전히 다른 기능을 수행하고 구조적 구성이 완전히 다르기 때문에 "호환제"라고 불립니다. 이 과정은 다음 다이어그램을 사용하여 화학 반응의 관점에서 설명할 수 있습니다.
호환제는 나일론의 내구성을 높이는 데 필수적입니다. 두 소재의 세그먼트로 구성되어 있고 나일론과 강화제 모두에 대해 인력을 가지고 있기 때문에 나일론/강화제 혼합물에서 계면활성제 역할을 합니다. 따라서 나일론과 강화제의 두 성분이 만나는 지점에 우선적으로 분포한 후 나일론 소재에 균일하게 분산됩니다.
나일론에 흩어져 있는 강화제 입자의 크기에 따라 저온에서 나일론이 얼마나 강화되는지가 결정됩니다. 강화제 입자의 크기는 호환제 농도가 증가함에 따라 감소합니다. 나일론이 초강력 수준으로 강화된 경우 강화제 입자의 크기는 일반적으로 200~500나노미터입니다.
나일론 강화 공정
트윈 스크류 압출기에서의 용융 혼합은 나일론과 강화제를 결합하는 데 가장 많이 사용되는 기술입니다. 강화제와 나일론은 블렌딩 과정에서 화학적으로 상호 작용하여 호환제를 생성합니다. 원래 비트 익스팬션은 이 절차의 다른 이름입니다.
압출기에서 나일론 6과 강화제를 혼합할 때 온도는 일반적으로 220°C에서 250°C 사이이며, 스크류 속도를 사용하여 공정 시간을 제어합니다. 시간이 너무 짧으면 결과 나일론 인성 불량 강화제 농도가 충분하지 않아서 발생하며, 시간이 지나면 충분한 강화제가 생성될 수 있지만 나일론이 더 많이 열화됩니다.
04 요약
순수 나일론은 저온에서 상대적으로 인성이 약하기 때문에 강화는 나일론을 변형하는 가장 인기 있는 방법 중 하나입니다. POE-g-MAH와 EPDM-g-MAH는 효과적인 강화와 실용적인 작동으로 인해 가장 널리 사용되는 나일론 강화제입니다. 혼합 과정에서 나일론과 강화제는 강화제 사슬 세그먼트의 MAH 그룹의 반응성을 이용하여 현장에서 호환제를 생성합니다. 나일론 강화 수준은 호환제 함량에 따라 달라지며 강화 절차와 연결됩니다. 닫기.
나일론과 강화제를 결합하면 소재의 흡수성과 저온 인성은 크게 향상될 수 있지만 인장 강도는 크게 감소합니다. 나일론 강화 연구의 목표는 항상 강도와 인성 사이의 균형을 이루는 것이었으며, 나일론의 인성이 증가함에 따라 인장 강도는 동일하게 유지되거나 약간 감소합니다.
