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액체 응집 상태로 가공되는 재료는 일반적으로 경화되는 데 일정 시간이 필요합니다.
이 시간 동안 화학적 및 물리적 공정이 진행되어 재료가 경화됩니다.
이러한 과정은 열의 방출 또는 흡수와 관련이 있습니다.
열량을 기록하는 방법으로는 차동 주사 열량 측정법(DSC)를 사용하여 해당 열량을 기록함으로써 정의된 환경 조건의 함수로서 공정 과정을 관찰할 수 있습니다. 이 결과는 경화를 위한 최적의 조건에 대한 정보를 제공하고 조사 중인 재료의 품질 매개변수에 대한 결론을 도출할 수 있습니다.
듀로플라스트 및 엘라스토머 경화
듀로머 또는 듀로플라스틱과 엘라스토머는 고분자를 가교 결합하여 최종 강도를 얻는 플라스틱입니다. 화학 결합은 반응성 그룹에서 형성됩니다.
반응은 온도를 높이고 반응기 사이에 다리를 형성하는 물질(경화제)을 추가하는 것으로 시작됩니다.
듀로머는 촘촘한 공간 네트워크를 형성합니다. 따라서 높은 강도를 얻을 수 있습니다. 엘라스토머의 네트워크는 넓은 그물망입니다. 공 모양의 고분자는 인장력이 제거되면 분리되어 원래 상태로 돌아갈 수 있습니다. 가교가 완료되면 플라스틱은 치수적으로 안정됩니다. 이 과정을 경화라고 합니다.
비정질 열가소성 플라스틱의 예:
장난감, 보빈 및 필름의 PS, 용기, 파이프, 필름, 방음 및 단열재, 식탁보의 PVC
반결정성 열가소성 플라스틱의 예:
용기, 병, 파이프, 부식 방지 층의 PE, 절연 필름, 파이프 또는 접착 테이프의 PP
열경화성의 예:
내열 및 전기 절연 처리된 PF(페놀 수지) 및 UP(폴리에스테르 수지) 손잡이
엘라스토머의 예:
탄성 기계 부품, 스포츠 경기장, 스키 부츠의 폴리우레탄
경화하는 동안 플라스틱은 여러 단계를 거칩니다.
출발 물질은 일반적으로 액체 용액 형태입니다.
이는 고분자가 용매에 미세하게 분포되어 있음을 의미합니다.
폴리머 시스템에 따라 달라지는 최소 온도에서 용액에서 가교 반응이 시작되어 겔이 생성됩니다.
겔은 이제 불용성인 가교 성분으로 구성되어 있으며, 그 사이의 공간은 용매를 둘러싸고 있습니다.
용액과 겔의 혼합물은 처음에는 고무 탄성입니다.
열경화성 시스템에서는 가교 결합이 증가하면서 유리질 상태에 도달합니다.
경화는 최대 경화 정도까지 계속되며, 이 시점에서 용액은 완전히 겔로 전환됩니다.
엘라스토머 시스템에서 젤은 완전한 가교 결합 후에도 고무 탄성 상태를 유지합니다.
각각의 거동은 궁극적으로 다음과 같은 조건에 의해 결정적으로 결정됩니다. 유리 전이 온도 에 의해 결정적으로 결정됩니다.
듀로머의 경우 경화 온도보다 높고 엘라스토머의 경우 그보다 낮습니다.
유리 전이 온도 이상에서는 폴리머가 부드럽고 분자가 움직이며, 그 이하에서는 재료가 다소 단단하고 부서지기 쉽습니다.
경화 수준
경화가 진행되는 시간은 폴리머 시스템의 재료 특성과 온도에 따라 달라집니다.
시스템에 따라 달라지는 온도 한계 이하에서는 중요한 가교 결합이 일어나지 않습니다. 용매는 오랜 시간 동안 고체가 되지만 가열하면 다시 액화될 수 있습니다.
이 온도 제한을 초과하면 특정 “휴식 시간” 후에 가교 반응이 시작됩니다. 온도가 상승함에 따라 ‘휴식 시간’이 짧아지고 반응 속도가 빨라집니다.
가교 반응은 되돌릴 수 없습니다. 초기 혼합물을 처리할 수 있는 시간은 휴식 시간에 따라 달라집니다. 이 기간을 팟 수명이라고 합니다. 억제제를 추가하여 수명을 연장하고 촉매제를 추가하여 수명을 단축할 수 있습니다.
반응 속도는 폴리머 시스템이 완전히 경화될 때까지 필요한 시간을 결정합니다. 억제제 또는 촉매의 추가도 이 시간으로 제어할 수 있습니다. 그러나 가교가 일어나는 온도가 중요한 영향을 미칩니다. 경화가 얼마나 진행되었는지는 경화 정도에 의해 설명됩니다. 경화도는 이미 가교된 혼합물의 백분율입니다. 최대 경화 정도는 전체 솔이 겔로 전환되었을 때 도달합니다.
반응 엔탈피
가교 반응은 발열 반응, 즉 열이 방출되는 상태에서 일어납니다. 공정이 일정한 압력에서 진행되기 때문에 열 관련 부피 변화에 의해 소비되지 않는 열량만 결정할 수 있습니다. 이 부분이 반응 엔탈피입니다. 이는 완료된 반응에 대한 열 분석을 통해 결정할 수 있습니다.
시차 주사 열량 측정(DSC)을 통해 시간 단위당 열량이 얼마나 되는지 확인할 수 있습니다. 이 값은 반응 속도에 해당합니다. 특정 시점까지 방출되는 열량은 반응의 엔탈피와 연관 지어 계산할 수 있습니다. 이 비율은 경화 정도와 동일합니다.
얻은 값을 통해 시료의 최적 경화 온도와 경화 정도를 결정하고, 용매와 경화제의 적절한 혼합 비율을 결정하고, 억제제 및 촉매의 효과를 평가할 수 있습니다.
