엘라스토머 개질을 통한 스펀본드 부직포의 인성 향상 원리에 대해 설명

그럼, 엘라스토머 개질의 원리를 자세히 설명하여 인성을 향상시키도록 하겠습니다.스펀본드 부직포이는 소재의 복합화를 통해 '강점은 극대화하고 약점은 최소화'하여 높은 성능을 달성하는 전형적인 사례입니다.

핵심 개념: 인성 대 취성

먼저, "인성"에 대해 알아보겠습니다. 인성은 재료가 에너지를 흡수하고 응력 하에서 파괴될 때까지 소성 변형을 겪는 능력입니다. 인성이 좋은 재료는 강하면서도 복원력이 뛰어나 파괴되기까지 상당한 노력이 필요합니다.

취성 재료(변성되지 않은 폴리프로필렌 등): 외부 힘이 가해지면 분자 사슬이 재배열할 시간이 없고, 응력이 결함에 집중되어 급속한 파괴와 파단 시 신장률 저하로 이어진다.

강인한 재료: 외부의 힘을 받으면 휘어지고 소성 변형을 겪으며, 그 과정에서 많은 에너지를 소모하여 파괴에 저항합니다.

엘라스토머 개질의 핵심 목적은 폴리프로필렌과 같은 반결정성 폴리머를 취성 파괴 거동에서 연성 파괴 거동으로 변환하는 것입니다.

엘라스토머 개질의 세부 원리

이 원리는 미시적 차원과 거시적 차원 모두에서 이해될 수 있습니다. 핵심은 응력 집중점과 에너지 흡수체 역할을 하는 엘라스토머 입자에 있습니다.

1. 미시적 기계적 메커니즘: 균열의 유도 및 종결, 전단 항복의 촉진

이것이 가장 중요한 원리입니다. 스펀본드 원단이 외부 힘(찢어짐이나 충격 등)을 받으면 내부적으로 다음과 같은 과정이 발생합니다.

a) 응력 집중 및 균열 시작

엘라스토머(예: EPDM, POE)는 일반적으로 폴리프로필렌 매트릭스와 상용성이 없거나 부분적으로 상용성이 있습니다. 따라서 블렌딩 후, 연속적인 폴리프로필렌 "바다" 상 내에 작고 분산된 "섬" 구조로 분포됩니다.

엘라스토머의 탄성계수가 폴리프로필렌보다 훨씬 낮기 때문에 외부 힘이 가해지면 두 상 사이의 계면에서 큰 응력 집중이 발생합니다.

이러한 응력 집중점은 크레이징의 시작점이 됩니다. 크레이징은 단순한 균열이 아니라, 응력 방향에 수직인 미세 다공성 섬유 다발 구조이며, 내부적으로는 폴리머 섬유로 연결되어 있습니다. 크레이징의 형성은 많은 에너지를 흡수합니다.

b) 균열 종결 및 전단대 형성

엘라스토머 입자의 두 번째 핵심 역할은 크레이징을 종결시키는 것입니다. 크레이징이 전파되는 동안 유연한 엘라스토머 입자와 만나면, 끝부분의 높은 응력장이 둔화되어 치명적인 거시적 균열로 발전하는 것을 방지합니다.

동시에, 응력 집중은 폴리프로필렌 매트릭스에 전단 항복을 유도합니다. 이는 전단 응력 하에서 폴리프로필렌 분자 사슬의 상대적인 미끄러짐과 재배열을 의미하며, 전단 띠를 형성합니다. 이 과정에도 상당한 에너지가 필요합니다.

c) 시너지적 에너지 소산 메커니즘

궁극적으로 외부에서 가해지는 에너지는 주로 다음 경로를 통해 소산됩니다.

수많은 균열 형성: 에너지 소모.

엘라스토머 입자 자체의 변형 및 파괴: 에너지 소비.

매트릭스의 전단 항복: 에너지 소비.

계면 분리: 엘라스토머 입자가 매트릭스에서 벗겨지고 에너지가 소모됩니다.

이 공정은 재료 파괴에 필요한 작업을 크게 증가시키며, 거시적으로는 충격 강도와 인열 저항성이 크게 향상되는 것으로 나타나고, 파단 시 신장률도 크게 증가합니다.

2. 상 구조 변화: 결정화 거동에 영향을 미치는 요인

엘라스토머를 첨가하면 물리적인 "첨가제" 역할을 할 뿐만 아니라 폴리프로필렌의 미세구조에도 영향을 미칩니다.

구형정의 정제: 엘라스토머 입자는 이질적인 핵 생성 부위로 작용하여 폴리프로필렌 분자 사슬의 규칙적인 배열을 방해하고 이를 더 미세하고 밀도가 높은 구형정 구조로 결정화시킵니다.

계면 개선: 호환제를 사용하면 엘라스토머와 폴리프로필렌 매트릭스 사이의 계면 접착력을 개선하여 응력이 매트릭스에서 엘라스토머 입자로 효과적으로 전달될 수 있으므로 크레이즈와 전단 밴딩을 더 효과적으로 유도할 수 있습니다.

스펀본드 부직포 생산의 특정 응용 분야

위의 원리를 스펀본드 부직포 생산에 적용하면 다음과 같은 효과가 있습니다.

개별 섬유의 강화된 인성:

방적 공정에서 엘라스토머를 함유한 폴리프로필렌 용융물은 섬유로 늘어납니다. 변형된 섬유 자체는 더 강해집니다. 외부 힘에 의해 섬유는 취성 파괴가 덜 발생하고 더 큰 소성 변형을 겪을 수 있으며, 더 많은 에너지를 흡수합니다.

광섬유망 구조의 강화 및 강화:

열간 압연 강화 과정에서 섬유는 압연 지점에서 융합됩니다. 인성이 더 좋은 섬유는 인열력을 받았을 때 압연 지점에서 즉시 파단될 가능성이 적습니다.

외부 힘은 섬유 네트워크 전체에 더욱 효과적으로 재분배될 수 있습니다. 섬유에 큰 응력이 가해지면 변형을 통해 주변 섬유로 응력을 전달하여 응력 집중으로 인한 급격한 파손을 방지할 수 있습니다.

찢어짐과 펑크에 대한 저항성이 크게 향상되었습니다.

인열 저항성: 인열은 균열이 전파되는 과정입니다. 엘라스토머 입자는 수많은 미세 균열을 효과적으로 생성하고 종결시켜, 미세 균열이 거시적인 균열로 합쳐지는 것을 방지하고 인열 과정을 크게 지연시킵니다.

내천공성: 천공은 충격과 인열의 복잡한 조합입니다. 고인성 소재는 이물질이 관통할 경우, 직접 천공되는 대신 관통된 물체를 감싸는 방식으로 광범위한 항복 및 변형을 겪을 수 있습니다.

결론

요약: 스펀본드 부직포의 인성을 개선하기 위한 엘라스토머 개질의 원리는 기본적으로 단단하지만 부서지기 쉬운 폴리프로필렌 매트릭스와 부드럽고 탄력성이 뛰어난 고무를 결합하여 재료 내부에 효율적인 에너지 소산 시스템을 구축하는 것입니다.

미세한 기계적 메커니즘을 통해 크레이징을 유도하고, 균열을 종결시키고, 전단 항복을 촉진함으로써, 외부에서 가해지는 파괴 에너지(충격, 인열)는 다량의 미세하고 비파괴적인 변형으로 전환됩니다. 이는 재료의 내충격성, 내인열성, 파단 신율을 거시적으로 향상시켜 스펀본드 부직포를 "취약한" 상태에서 "강인한" 상태로 변화시킵니다. 이는 시멘트에 철근을 첨가하는 것과 유사하며, 강도를 증가시킬 뿐만 아니라, 더 중요하게는 결정적인 인성을 제공합니다.

동관 Liansheng 부직포 기술 유한 회사2020년 5월에 설립된 이 회사는 연구개발, 생산, 판매를 통합한 대규모 부직포 생산 기업입니다. 3.2m 미만의 폭에 9g부터 300g까지 다양한 색상의 PP 스펀본드 부직포를 생산할 수 있습니다.