KR101793995B1 - 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 제조되는 복합 재료 - Google Patents

폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 제조되는 복합 재료 Download PDF

Info

Publication number
KR101793995B1
KR101793995B1 KR1020150156114A KR20150156114A KR101793995B1 KR 101793995 B1 KR101793995 B1 KR 101793995B1 KR 1020150156114 A KR1020150156114 A KR 1020150156114A KR 20150156114 A KR20150156114 A KR 20150156114A KR 101793995 B1 KR101793995 B1 KR 101793995B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
alumina
composite material
pmma
polymethylmethacrylate
strength
Prior art date
Application number
KR1020150156114A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170053507A (ko
Inventor
류수착
배명훈
김종헌
Original Assignee
김동우
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김동우 filed Critical 김동우
Priority to KR1020150156114A priority Critical patent/KR101793995B1/ko
Publication of KR20170053507A publication Critical patent/KR20170053507A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101793995B1 publication Critical patent/KR101793995B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/26Non-fibrous reinforcements only
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied

Abstract

본 발명은 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료에 관한 것으로서, 본 발명의 복합 재료는, 45 ㎛ 이하의 입경을 갖는 알루미나 분말을 마련하는 단계, 폴리메틸메타크릴레이트를 250 ~ 400 ℃의 온도 범위에서 용융하는 단계, 용융된 폴리메틸메타크릴레이트의 중량에 대하여 중량비로 3 ~ 7%의 알루미나 분말을 혼합하고 교반하여 혼합물을 형성하는 단계, 및 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 혼합물을 일정 형태로 사출하거나 냉각하여 고형화하는 단계를 포함한다.

Description

폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 제조되는 복합 재료{METHOD OF MANUFACTUIRNG COMPOSITE MATERIAL COMPRISING POLYMETHYLMETHACRYLATE AND ALUMINA, AND COMPOSITE MATERIAL PRODUCED THEREBY}
본 발명은 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 제조되는 복합 재료에 관한 것이다.
산업 현장에서 널리 이용되는 금속 소재의 기계 요소 또는 구조물 요소, 특히 볼트/너트와 같은 체결 요소는 수분과의 접촉 시에 촉진되는 산화 반응으로 인하여 부식이 발생하여 기계적 물성이 현저하게 저하한다. 크롬이나 니켈 등의 금속을 첨가하여 내부식성을 향상시킨 스테인레스강과 같은 철합금의 경우에도 부식성은 향상되지만 제조 단가가 높아질 뿐만 아니라, 선박이나 해양 플랜트 등에 사용하는 경우에는 해수에 의한 부식을 근본적으로 방지하기는 어렵다.
통상 아크릴이라고 불리우는 폴리메틸메타크릴레이드 (PolyMethylMethAcrylate, PMMA) 또는 폴리카보네이트와 같은 고분자 소재는 특유의 사슬 구조로 인하여 높은 굴곡 강도와 인장 강도를 가지기 때문에 구조물 또는 기계 장치를 이루는 구조 요소의 소재로서 고려할 수 있고, 특히 이들 재료는 높은 내부식성으로 인하여 선박이나 해양 플랜트와 같이 높은 내부식성이 요구되는 구조물의 구조 요소에 사용하는 것이 유리할 수 있다.
또한, 이들 재료는 금속 소재에 비해 낮은 밀도를 갖기 때문에 자동차와 같이 경량화가 중요한 장치에서 구조 요소를 이루는 소재로서 사용하는 것이 유리할 수 있다.
그러나, PMMA와 폴리카보네이트 등의 고분자 소재는 구조물 또는 기계 장치의 요소로 사용하기에는 철합금이나 기타 금속 소재에 비해 압축 강도와 내마모성이 낮기 때문에 현재까지 이들 소재는 높은 광투과성이 요구되며 압축 하중을 많이 받지 않는 용도로서 유리를 대체하여 디스플레이 패널이나 창문 등의 소재로서만 사용되고 있는 실정이고, 높은 기계적 응력을 받거나 높은 내마모성을 필요로 하는 구조 요소나 체결 요소의 소재로서는 이용되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 인장 강도와 굴곡 강도 및 내부식성이 높으며 밀도가 낮아 경량화에 적합하며 원가가 저렴한 폴리메틸메타클릴레이트를 주재료로 하면서 철합금 수준에 달하는 높은 압축 강도와 높은 내마모성을 갖는 복합 재료를 제공하려는 것이다.
특히, 본 발명은, 고분자 소재인 폴리메틸메타크릴레이트와 세라믹 소재인 알루미나의 복합 재료로서, 높은 기계적 강도와 내마모성이 요구되는 기계 장치 또는 구조물의 소재로서 사용하기에 적합한 복합 재료 및 그 제조 방법을 제공하려는 것이다.
본 발명의 발명자들은 기계 장치 또는 구조물의 소재로서 이용하기에 적합한 인장 강도를 갖는 고분자 재료 및 상대적으로 높은 압축 강도와 내마모성을 가지는 세라믹 소재에 주목하고, 이들 소재가 적절히 혼합되어 결합되어 각 소재가 갖는 우사한 물성이 동시에 발현될 수 있는 복합 재료를 개발하고자 하였다.
고분자 재료로서는 높은 인장 강도 및 굴곡 강도를 가지며 부식의 우려가 없고 입수가 용이하며 가격이 저렴한 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, PMMA)를 이용하고, 세라믹 재료로서는 높은 압축 강도 및 내마모성을 가지고 PMMA와 마찬가지로 입수가 용이하며 가격이 저렴한 알루미나(Alumina, Aluminium Oxide)를 이용하는 것을 고려하였다.
그러한 고려와 연구 개발 및 다양한 복합 재료의 조성 및 제조 방법에 대한 실험의 결과로서, 다음의 구성을 갖는 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조되는 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료를 안출하고, 이 복합 재료가 기계 또는 구조물의 요소의 재료로서 적합하다는 것을 확인하였다.
본 발명에 따른 PMMA와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법은, 45 ㎛ 이하의 입경을 갖는 알루미나 분말을 마련하는 단계, PMMA를 250 ~ 400 ℃의 온도 범위에서 용융하는 단계, 용융된 PMMA의 중량에 대하여 중량비로 3 ~ 7 %의 알루미나 분말을 혼합하고 교반하여 혼합물을 형성하는 단계, 및 PMMA와 알루미나의 혼합물을 일정 형태로 사출하거나 냉각하여 고형화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 발명자들은 다양한 입자 크기를 갖는 알루미나 분말을 다양한 방법 및 다양한 함량으로 PMMA와 혼합하여 복합 재료를 마련하고, 마련된 복합 재료가 구조 요소로서 적합한 물성을 갖는지 여부를 압축 강도, 인장 강도, 굴곡 강도, 경도 및 내마모성의 측정을 통하여 평가하였다.
첫 번째로, 알루미나 분말의 입자 크기에 대한 연구로서, 시판 중인 알루미나 분말, 실험실에서 분쇄하여 제조한 나노 분말, 알루미나를 분쇄하여 다양한 메시 크기의 체로 입도 분리한 분말 등을 시판 중인 아크릴 수지와 혼합한 결과, 알루미나 분말의 크기는 복합 재료의 물성이 큰 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다.
다만, 알루미나를 분쇄하여 입도 분리한 실험에서 45 ㎛를 초과하는 입경을 가지는 알루미나 분말을 사용한 경우에는 알루미나 입자가 PMMA 내에서 충분히 분산되지 않고 알루미나 입자가 PMMA의 사슬 구조를 파괴하는 현상으로 인하여 복합 재료의 기계적 강도가 저하한다는 점을 확인하였다.
두 번째로, 알루미나 분말과 PMMA의 혼합 방법에 대한 연구를 진행하였다.
혼합 방법의 하나로서, 알루미나 분말과 PMMA를 혼합하고 고온 건조한 후에 혼합 재료를 고온에서 사출하여 복합 재료를 제조하였다. 이 재료에 대한 기계적 물성, 특히 압축 강도에 대한 측정의 결과, 알루미나의 함유량이 일정 수준 범위에서 압축 강도가 증대되는 것을 확인하였으나, PMMA 내에서 알루미나 입자의 분산이 충분하지 않고 양자 사이의 결합이 충분히 이루어지지 않아 압축 강도를 포함한 기계적 물성이 충분히 달성되지 않는 점을 확인하였다.
따라서, 본 발명자들은 알루미나 입자가 PMMA의 고분자 체인 내에서 고르게 분산되어 PMMA와 강하게 결합되는 방안으로서, PMMA가 용융된 상태에서 알루미나 분말을 PMMA에 첨가하여 혼합하는 방법을 안출하였으며, 이러한 방법에 따라 알루미나 분말을 다양한 함량으로 첨가하여 복합 재료를 산출하고 각종 물성을 측정한바, 알루미나 분말의 함량의 특정 범위에서 구조 재료로서 사용하기에 적합한 복합 재료를 얻을 수 있었다.
세번째로, PMMA의 용융 상태에서 알루미나 분말을 다양한 함량으로 첨가하여 복합 재료를 만들고 복합 재료의 시편에 대해 압축 강도, 굽힘 강도, 인장 강도, 경도 및 내마모성을 측정한 결과, 순수 PMMA에 비해 압축 강도는 알루미나가 3 중량% 이상의 범위에서 급격한 향상을 보였고, 경도와 내마모성은 1 중량% 이상에서 급격한 향상을 보였다. 그러나, 굽힘 강도와 인장 강도는 7%를 초과하는 함량 범위에서부터 급격한 하락을 나타내었다.
알루미나 함량이 7 중량%를 초과하는 범위에서도 압축 강도의 상승을 나타내었으나, 7 중량% 이하의 범위에서도 기계 요소로서 사용하기에 적합한 수준의 압축 강도를 얻을 수 있었다.
또한, 3 ~ 7 중량% 범위에서 굽힘 강도와 인장 강도의 약간의 저하는 있었으나, 그 저하 정도는 순수 PMMA에 비해 미미한 수준이었고, 7 중량%를 초과하는 범위에서는 굽힘 강도와 인장 강도의 급격한 저하가 있어서 기계 요소로서 사용하기에 적합하지 않은 것으로 평가되었다.
한편, 본 발명에 따른 복합 재료에 포함되는 소재로서의 알루미나 분말을 얻는 방법으로서는 시판 중인 분말을 사용하거나 지르코니아 볼을 이용한 습식 분쇄에 의해 수백 나노 수준의 나노졸을 얻을 수 있고, 알루미나를 분쇄하고 45 ㎛의 간극을 갖는 메시로 입도 분리하여 알루미나 분말을 마련할 수도 있다.
또한, PMMA에 알루미나 분말을 혼합하는 단계에서 PMMA가 용융 상태에 있도록 250 ~ 400 ℃ 범위의 온도를 유지하고 혼합 공정을 진행할 수 있지만, 250 ℃ 에 가까운 온도에서는 PMMA의 점성이 높아서 혼합을 위한 교반이 용이하지 않고, 400 ℃ 에 가까운 온도에서는 PMMA가 혼합에 유리한 낮은 점성을 나타내었지만, PMMA의 산화 반응이 촉진되었다.
혼합 단계에서 PMMA의 온도는 330 ~ 350 ℃의 온도 범위가 바람직한데, 이 온도 범위에서는 혼합을 위한 교반에 적합한 점성을 나타내어 교반 시간을 최소화할 수 있으면서도 PMMA에 산화 반응이 일어나지 않는다는 점을 확인하였다.
이상 설명한 본 발명의 제조 방법에 따라 얻은 복합 재료는 잉곳 형태로 냉각하거나 사출 및 절단하여 팰릿 또는 비드 형태로 수요처에 공급될 수 있고, 냉각 과정 없이 용융 상태의 복합 재료를 그 용도에 맞는 형태로 사출할 수도 있다.
도 1 내지 도 5는 각각 PMMA와 알루미나의 복합 재료에서 알루미나의 함량에 대한 복합 재료의 압축 강도, 굴곡 강도, 인장 강도, 경도 및 내마모성의 측정 결과를 보여주는 그래프이고,
도 6 내지 도 8은 본 발명과 제조 방법을 달리한 비교예의 복합 재료에서 알루미나의 함량에 대한 복합 재료의 압축 강도의 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 PMMA와 알루미나의 복합 재료를 제조하는 방법 및 그러한 방법에 따라 제조된 복합 재료의 실시예 및 그 비교예에 대해 설명한다.
본 실시예 및 비교예에서는 'LG MMA'에서 시판중인 PMMA를 이용하였다. 다양한 등급의 PMMA 중에서 기본 등급의 PMMA로서 품명 IH830의 PMMA를 이용하였다 알루미나로서는 일본의 'Junsei'에서 시판하는 알루미나 분말과 알루미나 괴를 이용하였다.
먼저, 알루미나 괴를 믹서기에서 12,000rpm으로 30초간 건식 분쇄하고, 분쇄된 분말을 325 메시(간극 직경이 45㎛)의 체로 걸러서 입자 직경이 45 ㎛ 이하인 알루미나 분말을 얻었다.
PMMA 40g을 용기에 담아 전기로에 넣어 최종 온도를 350 ℃로 하여 가열하여 용융 상태로 만들었다. 충분이 용융된 PMMA에 알루미나 분말을 중량비로 1 - 9 % 범위에서 첨가하고 150 RPM으로 90초간 혼합하였다.
혼합 후에 PMMA와 알루미나의 복합 재료를 냉각하여 냉각된 복합 재료를 믹서기에서 18,000rpm으로 90초간 분쇄하였다. 분쇄한 복합 재료를 18 메시(간극 직경 1.0 ㎜)로 입도 분리하고, 입도 분리된 복합 재료의 분말을 자동 마운팅프레스(80bar, 240 ℃)에서 원기둥 형태의 시편으로 제작하였다.
제작된 시편에 대해 각각 압축 강도, 굴곡 강도, 인장 강도, 경도 및 내마모성을 측정하였으며, 측정 결과는 도 1 내지 도 5의 그래프로 표시하였다.
도 1는 알루미나의 함량 별로 앞서 설명한 실시예에 따라 제조된 시편에 대해 측정한 압축 강도의 데이터를 바탕으로 작성한 그래프를 보여주고 있다.
도 1의 그래프를 참조하면, 압축 강도는 알루미나 함량이 증가함에 따라 서서히 증가하지만, 함량 3% 부터는 압축 강도가 급격히 증가하고 7%를 초과하면서 압축 강도의 증가율이 급격히 둔화하는 것을 확인할 수 있다.
도 2는 복합 재료에 대해 측정한 굴곡 강도의 데이터를 바탕으로 작성한 그래프를 보여주고 있다.
굴곡 강도의 측정은 알루미나의 함량 별로 앞서 설명한 실시예에 따라 제조된 원통형의 시편을 다이아몬드 컷팅기를 이용하여 길이 20 mm, 너비 10 mm, 두께 2 mm 로 자른 시편을 대상으로 실시하였다.
알루미나의 함량이 7 % 이하인 범위의 시편에서는 알루미나 함량의 증가에 따라 굴곡 강도가 서서히 감소하지만 순수 PMMA에 비해 굴곡 강도의 저하가 7 ~ 9% 수준으로 미미하다. 그러나, 알루미나의 함량이 7 %를 초과하면 굴곡 강도가 35% 정도 급격하게 저하하는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 알루미나의 함량 별로 앞서 설명한 실시예에 따라 제조된 시편에 대해 측정한 인장 강도의 데이터를 바탕으로 작성한 그래프를 보여주고 있다.
인장 강도의 측정을 위한 시편은, 플라스틱-인장성의 측정에 대한 대한민국 표준(KS M ISO 527-2:2013(1BB)에 따라 다이아몬트 커팅기를 이용하여 전체 길이 30 mm, 중앙의 폭이 좁은 평행부의 길이 12 mm, 반지름 12 mm, 양단의 폭이 넓은 부분의 거리 23 mm, 끝부분의 폭 4 mm, 중앙의 좁은 부분의 폭 2 mm, 시편의 두께 2 mm, 게이지 길이 10 mm로 자른 시편을 대상으로 측정하였다.
알루미나의 함량이 3 ~ 7 %일 때 순수 PMMA에 비해 인장강도가 3.5 ~ 6.5 % 감소하였지만, 알루미나 함량이 7 %를 초과하면서 인장 강도가 급격히 감소하여 9 %일 때는 16 % 감소하는 것을 확인하였다.
도 2 및 도 3의 그래프에 나타난 굴곡 강도와 인장 강도의 측정 결과는, 본 발명의 복합 재료가 인장 강도와 굴곡 강도에 있어서 PMMA가 갖는 물성을 유지하지만, 본 발명의 범위를 벗어나는 범위에서는 고분자 재료의 특성보다는 세라믹 재료의 특성을 나타내어 굴곡 강도와 인장 강도가 급격히 저하하는 것으로 보인다.
다음으로, 도 4에서는 알루미나의 함량 별로 앞서 설명한 실시예에 따라 제조된 시편에 대해 측정한 경도의 데이터를 바탕으로 작성한 그래프를 보여주고 있다.
경도의 측정을 위한 시편은 지름 32 mm, 높이 5 mm의 디스크 형태로 제작하였고, 마이크로 비커스 경도계를 이용하여 경도를 측정하였다. 순수 PMMA의 경도는 20.7 HV로 측정되었고, 알루미나의 함량이 3 ~ 7 %인 범위에서 경도가 17 ~ 19 % 향상되었으며 9 %에서는 40 %까지 증가하였다. 알루미나의 함량이 증가함에 따라 복합 재료가 알루미나의 특성을 강하게 나타내는 것으로 평가된다.
마지막으로, 도 5에서는 알루미나의 함량 별로 앞서 설명한 실시예에 따라 제조된 시편에 대해 측정한 내마모도의 데이터를 바탕으로 작성한 그래프를 보여주고 있다.
내마모도의 측정을 위한 시편은 경도 측정용 시편을 그대로 이용하였으며, 3 mm 직경의 알루미나 볼을 시편의 표면에 대해 수직 하중 10 N으로 반경 7mm에서 선속도 6.28cm/s로 30분간 측정하였다. 측정 방법으로써 수직 하중에 대한 접선 하중을 측정하여 스크래치 마찰계수를 구하는 스크래치법을 이용하였으며, 내마모도로서 이 실험에서 측정된 스크래치 마찰계수를 도 5의 그래프에 나타내었다.
도 5의 그래프를 참조하면, 본 실시예의 복합 재료는 전체 함량 범위에서 순수 PMMA에 비해 내마모도가 3배 가량 증대되는 것으로 나타났다.
도 1 내지 도 5의 그래프로 나타낸 본 발명의 실시예의 복합 재료 및 본 발명의 알루미나 함량의 범위를 벗어나는 비교예의 복합 재료에 대한 기계적 특성의 측정 결과에 따르면, 본 발명에 따른 복합 재료에서는 고분자 재료인 PMMA에 비해 상당히 향상된 압축 강도를 얻을 수 있음을 알 수 있고, 압축 강도의 향상에 비해 굴곡 강도와 인장 강도의 저하는 미미함을 알 수 있다.
반면, 본 발명의 실시예에 대한 비교예, 즉 알루미나의 함량이 3 % 미만인 비교예에서는 압축 강도가 PMMA에 비해 미미한 수준의 향상이 있었으며, 알루미나의 함량이 7 %인 비교예에서는 압축 강도는 향상되었으나 인장 강도와 굴곡 강도가 현저히 감소함을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 복합 재료는 기계나 구조물의 구조 요소로서 사용하기에는 압축 강도가 낮은 PMMA에 비해 압축 강도가 현저히 상승하여 구조 요소로서 사용하기에 적합한 수준의 압축 강도를 얻으면서도 인장 강도와 굴곡 강도의 저하가 미미한 수준이므로, 본 발명의 복합 재료는 기계나 구조물의 구조 요소로서 사용하기에 적합한 것임을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 대한 또 다른 비교예로서, 본 발명의 제조 방법과 달리, PMMA의 용융 상태에서 알루미나 분말을 혼합하지 않고, PMMA의 비드에 알루미나 분말을 단순 혼합한 복합 재료를 제조하였다.
비교예 1
평균입경 약 10㎛의 알루미나 분말을 PMMA와 혼합하여 복합 재료를 제조하였다.
PMMA 20g에 알루미나를 PMMA의 중량 대비 1 ~ 9 %의 범위에서 첨가하였다. 혼합물의 혼련 후에 90 ℃에서 6시간 동안 건조하여 수분을 제거하고, 자동 마운팅프레스에서 80 bar의 압력 및 240 ℃의 온도로 원기둥 형태의 시편을 제작하였다.
제작한 시편에 대한 압축 강도 측정의 결과를 도 6의 그래프로 도시하였다.
도 6의 그래프를 참조하면 비교예 1의 복합 재료는 알루미나의 함량이 7 %에 이르기까지 압축 강도의 현저한 향상은 나타나지 않았고, 7%를 초과하여 급격히 향상되었으나, 본 발명의 복합 재료의 압축 강도에 미치지 못하는 수준의 압축 강도를 나타내었다.
비교예 2
알루미나 분말을 평균 입경 300 nm 수준의 나노 분말화하여 PMMA와 단순 혼합하여 복합 재료를 제조하였다.
알루미나 200g, 물 200g, 직경 2 ~ 3 mm의 지르코니아 볼 500g을 마멸식 분쇄기(attriction mill)에 넣고 분쇄하여 평균 입경 300 nm의 알루미나 나노졸을 얻었다.
PMMA 20g에 알루미나 나노졸을 PMMA의 중량 대비 1 ~ 9 %의 범위에서 첨가하였다. 혼합물의 혼련 후에 90 ℃에서 12시간 동안 건조하여 수분을 제거하고, 자동 마운팅프레스에서 80 bar의 압력 및 240 ℃의 온도로 원기둥 형태의 시편을 제작하였다.
제작한 시편에 대한 압축 강도 측정의 결과를 도 7의 그래프로 도시하였다.
도 7의 그래프를 참조하면 비교예 2의 복합 재료는 본 발명의 실시예에서와 같이 알루미나의 함량 3 % 이상에서 압축 강도가 급격히 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 압축 강도는 본 발명의 복합 재료에서 얻을 수 있는 수준의 압축 강도에 이르지 못하고, 기계 요소로서 사용하기에 부적합한 수준에 이르렀다.
비교예 3
본 발명의 실시예와 같이 알루미나 괴를 믹서기에서 12,000rpm으로 30초간 건식 분쇄하고, 분쇄된 분말을 325 메시((간극 직경이 45㎛)의 체로 걸러서 입자 직경이 45 ㎛ 이하인 알루미나 분말을 얻었다.
알루미나 분말을 PMMA의 중량 대비하여 1 - 9% 범위에서 첨가하고 혼합물을 혼련하여 90℃의 온도에서 6시간 동안 건조하여 수분을 제거하고 자동 마운팅프레스에서 80 bar의 압력 및 240 ℃의 온도로 원기둥 형태의 시편을 제작하였다.
시편에 대한 압축 강도의 측정 결과를 도 8의 그래프로 도시하였다.
도 8의 그래프를 참조하면, 비교예 3의 복합 재료는 알루미나의 함량이 1 % 이상에서 압축 강도가 고르게 향상된 결과를 보여준다. 그러나, 알루미나의 함량 증가에 따른 압축 강도의 현저한 증가는 나타나지 않으며, 알루미나의 함량 범위 전체에서 본 발명의 복합 재료에서 얻을 수 있는 최저 수준의 압축 강도를 나타내었을 뿐이었다.
이상과 같은 측정 결과에서 볼 수 있는 바와 같이, 알루미나 분말과 PMMA를 단순 혼합하여 얻은 비교예 1 내지 3의 복합 재료는 본 발명에 고유한 방식으로 재료를 혼합하여 얻는 본 발명의 복합 재료에 비해 기계적 특성이 현저히 낮다는 것을 알 수 있다.

Claims (4)

  1. 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법으로서,
    45 ㎛ 이하의 입경을 갖는 알루미나 분말을 마련하는 단계,
    폴리메틸메타크릴레이트를 250 ~ 400 ℃의 온도 범위에서 용융하는 단계,
    용융된 폴리메틸메타크릴레이트의 중량에 대하여 중량비로 3 ~ 7%의 알루미나 분말을 혼합하고 교반하여 혼합물을 형성하는 단계, 및
    폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 혼합물을 일정 형태로 사출하거나 냉각하여 고형화하는 단계
    를 포함하는 것인 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미나 분말을 마련하는 단계에서 상기 알루미나 분말은 알루미나를 분쇄하고 45 ㎛의 간극을 갖는 메시로 입도 분리하여 마련하는 것인 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리메틸메타크릴레이트에 알루미나 분말을 혼합하는 단계는 폴리메틸메타크릴레이트가 330 ~ 350 ℃의 온도 범위에 있을 때에 수행되는 것인 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법.
  4. 삭제
KR1020150156114A 2015-11-06 2015-11-06 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 제조되는 복합 재료 KR101793995B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150156114A KR101793995B1 (ko) 2015-11-06 2015-11-06 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 제조되는 복합 재료

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150156114A KR101793995B1 (ko) 2015-11-06 2015-11-06 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 제조되는 복합 재료

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170053507A KR20170053507A (ko) 2017-05-16
KR101793995B1 true KR101793995B1 (ko) 2017-11-06

Family

ID=59035136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150156114A KR101793995B1 (ko) 2015-11-06 2015-11-06 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 제조되는 복합 재료

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101793995B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050116390A1 (en) * 2003-08-29 2005-06-02 Nailite International Method for injection molding
KR100486048B1 (ko) * 1996-01-23 2005-06-16 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 압축성형방법,혼합물및성형품
JP2008030353A (ja) 2006-07-31 2008-02-14 Sumitomo Chemical Co Ltd 艶消しアクリル系樹脂フィルム
JP2015520046A (ja) 2012-04-27 2015-07-16 エボニック インダストリーズ アクチエンゲゼルシャフトEvonik Industries AG 同時押出され耐衝撃性に改良されたpmmaフィルム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100486048B1 (ko) * 1996-01-23 2005-06-16 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 압축성형방법,혼합물및성형품
US20050116390A1 (en) * 2003-08-29 2005-06-02 Nailite International Method for injection molding
JP2008030353A (ja) 2006-07-31 2008-02-14 Sumitomo Chemical Co Ltd 艶消しアクリル系樹脂フィルム
JP2015520046A (ja) 2012-04-27 2015-07-16 エボニック インダストリーズ アクチエンゲゼルシャフトEvonik Industries AG 同時押出され耐衝撃性に改良されたpmmaフィルム

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170053507A (ko) 2017-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Fabrication of A356 aluminum alloy matrix composite with CNTs/Al2O3 hybrid reinforcements
EP2174751A1 (de) Schleifkornagglomerate, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung zur Herstellung von Schleifmitteln
Ekiz et al. An efficient hybrid conventional method to fabricate nacre-like bulk nano-laminar composites
JP2010159445A (ja) 金属粒子と炭素粉末の混合方法、金属・炭素複合材料の製造方法および金属・炭素複合材料
Saha et al. Investigation of compaction behavior of alumina nano powder
Hayajneh et al. Effects of waste eggshells addition on microstructures, mechanical and tribological properties of green metal matrix composite
Park et al. Study on rheological behavior and mechanical properties of PMN–PZT ceramic feedstock
WO2014056854A1 (de) Verbundwerkstoffe zur nutzung in spritzguss-verfahren
KR101793995B1 (ko) 폴리메틸메타크릴레이트와 알루미나의 복합 재료의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 제조되는 복합 재료
Zakaria et al. Moldability characteristics of 3 mol% yttria stabilized zirconia feedstock for micro-powder injection molding process
Huang et al. Processing and property improvement of polymeric composites with added ZnO nanoparticles through microinjection molding
Taşdemirci et al. Diatom frustule-filled epoxy: Experimental and numerical study of the quasi-static and high strain rate compression behavior
CN103148138B (zh) 摩擦衬片
Khorrami et al. PREPARATION OF γ-Al 2 O 3 NANOCRYSTALLITES BY SOL-GEL AUTO COMBUSTION PROCESS AND PRODUCTION OF Al-Al 2 O 3 ALUMINUM MATRIX COMPOSITES.
Hariharasakthisudhan Investigation on the Mechanical Behaviour of Aluminium Alloy 356–Zirconium Silicate Metal Matrix Composites (AA356-ZrSiO4 MMCs)
Vikas et al. Development of composite slabs of marble powder embedded epoxy resin
Bharathi et al. Effect of Silicon Carbide and Boron Carbide on Mechanical and Tribological Properties of Aluminium 7075 Composites for Automobile Applications
Rajabi et al. Effects of nanopowder addition on rheological properties of feedstock for micropowder injection moulding process
Liang et al. Performance evaluation of vitrified/diamond composites by adding ZnF2
Xiu et al. Phase formation of Al2O3/Ti (C, N)–NiTi composite
Gizowska et al. Alumina matrix ceramic-nickel composites wet processing
Wittig et al. Mechanical properties of three-dimensional interconnected alumina/steel metal matrix composites
Whipkey et al. Processing and characterization techniques for a mica filled polymer composite
KR100872956B1 (ko) 플라스틱 재료를 포함하는 공구 및 이를 사용하는 성형 또는 커핑 방법
Ayyappan et al. Investigation on mechanical and tribological properties of magnesite reinforced aluminium 6061 composites

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right