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목차

1.실험결과
1) 인장실험
a. LDPE - Table & Graph
b. HDPE - Table & Graph
c. GPPS ­ Table & Graph
d. 비교 Graph
2) 충격실험
a. LDPE - Table & Graph
b. HDPE - Table & Graph
c. GPPS - Table & Graph
d. 비교 Graph
3) Hot Press
a. Hot Press vs. 사출기
b. 냉각조건 차이


2. 결과분석 & 토의
1) 결과분석
a. 인장실험
b. 충격실험
c. Hot Press
2) 토의

본문내용

이유로 설명할 수 있다. 각각의 구조에 따라서 단단하게 결합하고 있지만 유연성이 떨어져서 일정 강도 이상의 힘이 가해지면 부러지게 된다. 우리가 시행한 실험에서는 충격강도를 쉽게 구별할 수 있었지만 원래 고분자는 완전히 결정화가 되지 않는다. 결정성 저분자의 경우에는 100%결정화가 가능하지만 고분자는 복잡하고 긴 사슬을 가지고 있기 때문에 결정성이라고 하여도 부분적으로만 결정화가 일어난다. 그러므로 구조적 이유로 인한 결정성 이외에 Tg의 개념을 이용하여 설명할 수 있다. Tg는 유리전이 온도로 정확하게 정해진 온도가 아니라 20~30℃ 의 범위에 걸쳐서 일어난다. 이 영역에서 고분자들은 국지적이기는 하나 화산이 가능하며 고분자 분절들은 다소 유연해진다. 우리가 실험을 했던 상온이 HDPE의 Tg보다 크기 때문에, HDPE는 고무상으로 존재하지만 GPPS의 경우에는 상온이 Tg보다 낮기 때문에 유리상으로 존재한다. 실제로 이것은 우리가 시편을 제작할 때에도 쉽게 느낄 수 있었다. 시편을 제작하고 틀에서 시편을 빼낼 때 PE들은 유연하여 살살 빼낼 수 있었지만 PS는 빼다가 부러져서 시편 만들기에 실패한 횟수가 매우 많았다. 고분자는 유리상태에서 충격에 의해 쉽게 파괴되기 때문에 유리상 영역에 존재하던 PS가 유리상영역에 존재하지 않던 HDPE에 비해 충격강도가 낮아 쉽게 파괴되었던 것이라고 볼 수 있다. HDPE와 PS는 주요 사슬은 동일하지만 GPPS는 벤젠고리를 가지고 있다. 벤젠고리 때문에 생기는 입체장애로 인하여 다른 사슬들이 가까이 오기가 힘들다. 이 입체장애 때문에 분자의 움직임이 상대적으로 힘들게 된다. 이것은 Tg가 증가하는 원인이 될 수 있다. 앞에서 온도에 따라서 실험값이 다르게 나올 수 있다고 하였는데, 만약 실험을 HDPE의 Tg보다 낮은 온도에서 수행하였다면, HDPE는 유리상으로 존재하여 충격실험을 하였을 때, 쉽게 파괴되었을 것이라고 생각된다. 이러한 경우에는 HDPE와 PS가 모두 유리상이기 때문에 실험값이 크게 달라질 수 있다. 반면에 우리가 실험을 GPPS의 Tg보다 높은 온도에서 수행하였다면, HDPE와 GPPS는 모두 고무상으로 존재할 것이다. 이렇게 되면 쉽게 파괴되지 않고 유리상일 때보다 매우 유연한 물성을 가지고 있을 것이다.
Hot Press와 사출기를 통해 만든 시편으로 시행한 실험의 차이는 압력의 차이라고 할 수 있다. 압력이 높은 Hot Press를 이용해서 시편을 만들면 같은 물질로 이루어졌다고 하더라도 Stiffness, Hardness, Tensile Strength가 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이런 결과가 나타나는 이유로는 먼저 결정화가 어렵게 된다는 것으로 말할 수 있다. Hot Press을 이용해서 만들어진 고분자들은 가지가 많이 만들어 질 수 있다. 이로 인하여 packing 되기가 어렵게 된다. 이렇게 되면 가지의 형태에 의해 차이가 나타나는 LDPE와 HDPE의 차이가 거의 없게되어 비슷한 결과값을 나타내게 된다. 또한 다른 이유로는 분자들이 배향성을 가지고 배열되는 것으로 설명할 수 있다. Hot Press를 사용해서 제작한 고분자는 배향성을 가지는데, 이렇게 되면 더 길게 이어진 구조를 가진 고분자가 된다. 하지만 길이는 길어지지만 인장에 대하여 약한 성질을 띠게 되어 인장실험에서 같은 힘을 주었을 때 더 빨리 끊어지는 결과를 낫게 된다.
같은 물질을 Hot Press로 만들었다고 하더라도 냉각조건에 따라서 다른 결과가 나왔다. 냉각 조건이 물성의 차이에 미치는 영향을 열역학적 관점 (Gib\'s free energy)에서 생각해볼 수 있다.
△G = △H - T△S 라는 식에서 보면 시료를 만들 때 높은 온도로 녹여주었던 용융된 상태에서 시편을 만들었던 결정이 되거나 굳은 상태가 될 때의 자유에너지 변화를 알 수 있다. 위의 식에서 △S는 엔트로피의 변화값인데 엔트로피는 무질서도를 나타낸다. 그러므로 만약에 결정화가 많이 되어있으면 엔트로피의 값은 작아지는 것을 의미한다. 엔트로피가 작으면 안정한 상태가 된다. 또한 △G는 깁스에너지의 변화를 의미한다. T△S와 깁스에너지의 변화는 비례하는 관계를 보인다. 깁스에너지는 상온냉각보다 급속냉각을 할 때에 더 큰값이 나오게 된다. 위 식에서 온도에 대한 항 때문에 이런 결과가 나온다. 냉각온도 T가 낮기 때문에 깁스에너지가 커진 것인데 이렇게 하면 급속냉각을 시킨 경우에 충격강도도 더 커져야 한다. 실제 실험값이 급속냉각을 시켰을 때 충격강도가 작은 것으로 보면 이러한 이론값이 나온 이유는 충격강도가 열역학적인 관점에서만으로는 설명할 수 없다는 것으로 생각할 수 있다. 모든 물질은 한가지의 관점에서만 생각해서는 생각했던 이론값과의 차이가 나타나게 되어있다. 열역학적인 관점 이외의 동역학적인 관점에서도 생각해보면 다른 결과가 나타날 수 있음을 알 수 있다. 냉각하는 시간인 △t은 상온에서 냉각을 할 때보다 급속으로 냉각을 할 때 당연히 작게 된다. 이 시간이 작게 되면 빠른 시간 안에 평형상태에 도달하는 시간이 빨라져서 유리전이 온도인 Tg가 상승하게 된다. Tg가 상승하면 상대적으로 유리상의 성질을 더 크게 가지게 된다. 이렇게 되면 쉽게 깨지게 되어 충격강도가 약해진다. 이렇게 열역학적과 동역학적 관점을 생각해보면 급속냉각이 왜 충격강도가 낮게 되는지 알 수 있다.
우리는 세 가지의 시료로 실험을 하였는데 이렇게 한가지로만 이루어져 있는 시료는 장점도 가지고 있지만 단점도 물론 존재한다. 예를 들어서 잘 깨지지만 강도가 센 GPPS 와 유연성이 더 좋은 PE를 섞게 되면 강도는 PE보다 높아지고 인장력에 대한 저항은 PS보다 커지는 한층 더 좋은 물질을 만들 수 있을 것이다.
몇 가지의 시편으로 실험을 하였을 때 실험값이 거의 비슷하여야 하지만 약간 큰 차이가 나타나는 실험값들도 있었다. 이러한 원인으로는 틀에 시편을 만들고 뺄 때 잘 빠지지 않아서 충격이 가해진 이유도 있고, 기포를 빼려고 헤드실린더를 몇 번 올리고 내렸지만 시편이 만들어진 후 기포가 생겨있는 모습도 볼 수 있었다. 이러한 점이 오차에 영향을 미쳤다고 할 수 있겠다.

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