코르크 공정 진화를 예측하기 위한 새로운 모델링 접근 방식

Aug 12, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8002(2022) 이 기사 인용

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코르크-고무 슬래브의 가황 과정의 진화를 예측하기 위해 전도에 의한 열 전달과 동역학 모델을 결합한 수치적 접근 방식이 개발되었습니다. 코르크-고무 복합재의 다양한 가황 단계에서 온도 변화와 경화 정도를 예측하기 위해 1차원 모델이 적용되었습니다. 또한 화합물에 의해 검증된 열화로 인해 기존의 복귀모델이 문제에 추가되었다. 레오미터 데이터를 기반으로 경화 및 복귀 매개변수를 결정했습니다. 실험 데이터는 일정한 값을 가정하거나 경화 정도 및 온도에 따라 화합물의 열 특성을 결정하는 데 사용되었습니다. 시뮬레이션을 통해 얻은 결과는 일정한 열 특성을 가정하더라도 실험 결과와 좋은 일치성을 보여주었습니다. 제안된 방법론을 적용하면 최종 제품의 균질성과 특성을 손상시키지 않으면서 각 두께 슬래브에 대한 최적의 공정 매개변수에 대한 정보를 제공할 수 있으며, 이는 코르크 고무 복합재의 개발 및 제품 단계에서 귀중한 도구가 될 수 있습니다.

코르크-고무 복합재는 코르크 알갱이로 채워진 고무 매트릭스로 구성된 탄성 재료입니다. 코르크의 존재는 복합재가 압축 하중을 받을 때 낮은 포아송비로 인해 회복력을 향상시키고 측면 흐름을 감소시키는 데 기여합니다. 또한 고무 혼합물의 화학적 안정성을 제공합니다. 고무 유형에 따라 이러한 복합재는 우수한 유체 저항성을 가지므로 자동차 또는 전력 산업에서 사용되는 개스킷과 같은 응용 분야에 적합합니다. 코르크-고무 복합재의 다른 용도로는 패드 형태의 진동 또는 음향 차단 목적이 있습니다. 코르크-고무 복합재료의 제조는 다른 고무 화합물과 유사합니다1,2. 고무 화합물 제제에는 혼합 단계에서 코르크 알갱이가 가황제, 가황 활성제, 강화 충진제, 공정 보조제, 분해 방지제 등과 같은 기타 원료와 함께 첨가됩니다. 균일한 혼합물과 일정한 두께의 슬래브를 얻기 위해 2롤 밀을 통과한 후 재료를 금속 금형 내부에 넣고 압축 성형 프레스에서 가황합니다.

가황 공정은 열 전달과 경화 반응이라는 두 가지 현상의 조합으로 인해 발생합니다3. 이 단계는 고무 제품의 최적의 최종 특성을 달성하기 위한 중요한 단계로 간주됩니다. 가황 과정에서 고분자 사슬 사이의 교차 결합이 생성되며 일반적으로 에너지가 방출되어 재료의 특성이 변형됩니다4. 다른 저자가 보고한 바와 같이 고무 제품의 물리적 및 기계적 특성은 가황 매개변수와 매우 관련이 있습니다5,6.

경화 반응의 진행을 제어하기 위해 시차 주사 열량계(DSC), 진동 디스크 레오미터(ODR), 동적 기계 분석(DMA), 이동 다이 레오미터(MDR) 및 유전체 분석(DEA)을 포함한 다양한 방법을 적용할 수 있습니다. 유변학 측면에서 볼 때, 고무 화합물의 전단 계수는 새로운 가교가 생성됨에 따라 증가합니다. MDR 테스트는 다이 중 하나의 토크를 지속적으로 측정하여 등온 공정을 거칠 때 얇은 디스크 샘플의 경화 정도 변화에 대한 정보를 제공합니다8. 고무 화합물의 유변학은 가황 온도 및 시간과 같은 최적의 경화 매개변수에 대한 정보도 제공할 수 있습니다. 이러한 변수는 가황 공정에 영향을 미치는 변수이기 때문입니다.

그러나 고무 제품의 예상 특성을 달성하는 것은 기하학, 화합물 특성 및 기타 제조 공정 측면으로 인해 어려울 수 있습니다. 고무 가황을 최적화하기 위한 도구로서 모델링 접근법을 적용하는 방법이 여러 저자에 의해 연구되었습니다. 일반적으로 이러한 연구는 모델 기반9,10,11 및 데이터 기반 접근 방식12,13을 포함하여 가열 문제와 치료를 결합한 방법론을 제시합니다.