표제지
목차
I. 서론 11
1.1. 연구 배경 및 목적 11
II. 이론 13
2.1. 고분자의 흐름 특성 지표 13
2.1.1. Melt flow rate(MFR) 13
2.1.2. Melt viscosity 14
2.1.3. 나선 흐름 시험법(Spiral-flow test) 18
2.2. 사출성형 흐름 특성에 영향을 미치는 인자 25
2.2.1. Fountain flow 25
2.2.2. Flow index in injection molding cavity 29
2.2.3. PVT(Pressure-Volume-Temperature) 31
2.2.4. 열 변형 온도(Deflection temperature) 34
III. 실험 35
3.1. 실험 물질 35
3.2. 실험 기기 및 조건 37
3.2.1. 소형 압출기 37
3.2.2. 압력 구동 소형 사출기 39
3.2.3. 나선 흐름 금형(Spiral-flow mold) 42
3.2.4. Benchtop 사출 성형기 47
3.2.5. Screw rheometer 48
3.3. 실험 방법 51
3.3.1. Melt flow rate 51
3.3.2. Shear viscosity 52
3.3.3. 나선 흐름 시험(Spiral-flow test) 54
IV. 결과 및 고찰 56
4.1. 나선 흐름 시험 거동 56
4.2. 재료에 따른 흐름 길이 비교 및 고찰 61
4.3. 금형 온도에 따른 흐름 길이 비교 및 고찰 77
4.4. MFR, shear viscosity에 따른 흐름 길이 비교 및 고찰 79
V. 결론 및 향후 연구 85
VI. 참고 문헌 87
국문 요약 90
Appendix A. 92
표 1. Benchtop 사출 방식을 활용한 220℃ 용융 온도에서 MFR 25 block-PP의 흐름 길이 raw data 20
표 2. 압력 구동 소형 사출 방식을 활용한 220℃ 용융 온도에서 MFR 25 block-PP의 흐름 길이 raw data 21
표 3. 연구에 사용된 물질 36
표 4. 나선 흐름 시험의 압력 및 온도 조건 41
표 5. Cross-Arrhenius 식으로 계산된 homo-PP에 대한 파라미터 값 50
표 6. 240℃ 용융 온도에서 MFR 0.7 homo-PP의 흐름 길이 raw data 93
표 7. 260℃ 용융 온도에서 MFR 0.7 homo-PP의 흐름 길이 raw data 94
표 8. 280℃ 용융 온도에서 MFR 0.7 homo-PP의 흐름 길이 raw data 95
표 9. 240℃ 용융 온도에서 MFR 3.5 homo-PP의 흐름 길이 raw data 96
표 10. 260℃ 용융 온도에서 MFR 3.5 homo-PP의 흐름 길이 raw data 97
표 11. 280℃ 용융 온도에서 MFR 3.5 homo-PP의 흐름 길이 raw data 98
표 12. 240℃ 용융 온도에서 MFR 11 homo-PP의 흐름 길이 raw data 99
표 13. 260℃ 용융 온도에서 MFR 11 homo-PP의 흐름 길이 raw data 100
표 14. 280℃ 용융 온도에서 MFR 11 homo-PP의 흐름 길이 raw data 101
표 15. Co-PP의 GF 함량에 따른 흐름 길이 raw data 102
표 16. 80℃ 금형 온도에서 MFR 3.5 homo-PP의 흐름 길이 raw data 103
표 17. 100℃ 금형 온도에서 MFR 3.5 homo-PP의 흐름 길이 raw data 104
표 18. 120℃ 금형 온도에서 MFR 3.5 homo-PP의 흐름 길이 raw data 105
[그림1] MFR 3.5인 homo-PP의 Cross-Arrhenius master curve 17
[그림2] Benchtop 사출 시스템과 압력 구동 소형 사출 방식을 활용한 나선 흐름 시험법 비교 22
[그림3] Benchtop 사출 시스템을 활용한 나선 흐름 시험 시편 23
[그림4] Plasticating 사출 성형기의 모식도 24
[그림5] 사출 금형 내의 수지의 거동 26
[그림6] Fountain flow의 모식도 27
[그림7] 배럴 내 용융물의 위치와 금형 내 용융물의 위치 사이의 관계 28
[그림8] 비정질 폴리머(polystyrene)의 PVT 다이어그램 32
[그림9] 반결정성 폴리머(polypropylene)의 PVT 다이어그램 33
[그림10] 14mm 소형 압출기 사진 38
[그림11] 압력 구동 소형 사출기 사진 40
[그림12] 나선 흐름 금형의 모식도 44
[그림13] 나선 흐름 금형의 2D 도면 모식도 45
[그림14] 호 길이에 대한 적분 공식의 유도 46
[그림15] Screw rheometer의 모식도 49
[그림16] 실험 조건에 따라 계산된 homo-PP의 전단 속도와 점도 53
[그림17] 압력 구동 사출 성형기의 나선 흐름 시험 과정 55
[그림18] 사출 공정 위치에 따른 사출 압력과 사출 속도/가속도 57
[그림19] MFR 11 homo-PP의 PVT 다이어그램 58
[그림20] MFR 11 homo-PP의 동일 사출 조건에서 사출 압력과 사출 속도/가속도 비교 59
[그림21] MFR 11 homo-PP의 사출 압력에 따른 사출 속도/가속도 비교 60
[그림22] MFR 0.7인 homo-PP에 대한 흐름 길이 비교 63
[그림23] MFR 3.5인 homo-PP에 대한 흐름 길이 비교 64
[그림24] MFR 11인 homo-PP에 대한 흐름 길이 비교 65
[그림25] MFR 0.7인 homo-PP에 대한 흐름 길이 시편 66
[그림26] MFR 3.5인 homo-PP에 대한 흐름 길이 시편 67
[그림27] MFR 11인 homo-PP에 대한 흐름 길이 시편 68
[그림28] 사출 압력에 따른 사출봉의 위치 비교 69
[그림29] 240℃ 용융 온도에서 homo-PP에 대한 흐름 길이 비교 70
[그림30] 260℃ 용융 온도에서 homo-PP에 대한 흐름 길이 비교 71
[그림31] 280℃ 용융 온도에서 homo-PP에 대한 흐름 길이 비교 72
[그림32] 사출 압력 및 용융 온도에 따른 homo-PP의 흐름 길이 비교 73
[그림33] GF 함유량에 따른 co-PP의 MFR 비교 74
[그림34] GF 함유량에 따른 co-PP의 점도 비교 75
[그림35] GF 함유량에 따른 co-PP의 흐름 길이 비교 76
[그림36] MFR 3.5 homo-PP의 금형 온도에 대한 흐름 길이 비교 78
[그림37] 240℃ 용융 조건에서 homo-PP의 MFR에 따른 흐름 길이 비교 80
[그림38] 260℃ 용융 조건에서 homo-PP의 MFR에 따른 흐름 길이 비교 81
[그림39] 280℃ 용융 조건에서 homo-PP의 MFR에 따른 흐름 길이 비교 82
[그림40] MFR 3.5 homo-PP의 zero shear viscosity에 대한 흐름 길이 비교 83
[그림41] MFR 3.5 homo-PP의 equivalent shear rate로 계산된 shear viscosity에 대한 흐름 길이 비교 84