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Korean Journal of Rheology, Vol.4, No.1, 52-61, June, 1992
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표면성장 폴리에틸렌 섬유의 제조조건이 그 물리적 성질에 미치는 영향
Effects of the Preparing Conditions on the Physical Properties of Surface Grown UHMW PE Fibers
노영욱, 김상용
초록
초고분자량 폴리에틸렌을 파라 크실렌에 녹인 희박 용액에 전단 흐름을 가해, 섬유를 뽑아내는 방법에 대해 연구하였다. 표면성장이라 불리는 이 방법은, 용액내에서 회전하는 rotor의 표면에 흡착된 젤 층에, 결정성이 강한 씨(seed)를 접촉시킴으로써, 엉킨 분자쇄들이 전단력에 의해 신장되어 분자의 자유에너지가 증가하도록 하여 연속적으로 고강력, 고탄성률 결정을 뽑아내게 한 것이다. 이 표면성장법으로 섬유를 얻는데 있어서 결정화 온도, rotor 속도, 권취속도 및 고분자 농도와 같은 결정화 변수를 변화시키면서 섬유의 물리적 성질에 미치는 영향을 관찰하였다. 이 방법으로 섬유를 성장시키면 열역학적 평형온도(118.6℃) 이상인 120℃에서 성장시켰을 때 133 GPa의 인장 탄성계수, 3.1%의 절단신도에서 5.04 GPa의 고강력을 갖는 섬유를 얻을 수 있었다. 또한 이 방법에 있어서는 결정화 온도가 물리적 성질에 가장 큰 영향을 미치는 인자로 작용하였다. 고분자 농도의 영향은 0.7 wt.%이상에선 물리적 성질이 더이상 개선되지 않았으며, 오히려 장력의 증가로 불안정한 성장을 보였다. 또한, 0.5 wt.%이하에서는 젤층의 형성이 둔화됨을 볼 수 있었다. 결국 물리적 성질의 측면에서 볼 때 0.5∼0.7wt.%에서 최적 조건을 보여주었다.
A study on the fibrous crystallization process of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) from a dilute solution subjected to a shear flow, described as "Surface Growth", has been made. The factors affecting the physical properties has been investigated by changing the crystallization variables such as crystallization temperature, rotor speed, take-up speed, and polymer concentrations. The fiber obtained by this process at a temperature above the thermodynamic equilibrium temperature (118.6℃) gave a tensile modulus of 133 GPa and a breaking stress as high as 5.04 GPa at a breaking strain of 3.1%. The crystallization temperature turned out to be the most dominant factor affecting the physical properties. The change in polymer concentrations showed no enhancement in physical properties above 0.7 wt.%, arising from the increase in tension on the fiber. Below 0.5 wt.% it is clear that there is a decrease of the gel layer formation on the rotor surface, thus giving an optimum range in view of physical properties, ranging between 0.5 wt.% & 0.7 wt.%.
Keywords:Surface growth;UHMWPE;seed crystal;thermodynamic equilibrium temperature
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