20101014172346
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품질개선과 제품개발을 위한
화학제품(고분자)의 고장원인 규명
2005. 11
한국화학시험연구원
(KOTRIC)
신뢰성평가센터 신뢰성평가팀
1
KOTRIC
=내 용=
제 1부
기술적 측면에서의 PL법 이란 ?
제 2부
화학제품의 고장원인 종류
제 3부 고장원인 규명을 위한 고안(考案)과 개요
제 4부
화학제품의 일반적인 약점
제 5부
화학제품의 열화 및 성형 불량
제 6부 고장원인 규명을 위한 수법 및 평가방법
제 7부
화학제품의 고장원인 규명 및 대책사례
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KOTRIC
제 1부 PL(제조물책임)법 이란?
1. PL법
광의의 해석 : 통상적으로 갖추어야만 하는 안전성을 가지지 못한 위험한 제
품 (결함제품)으로 인해 그 제품의 사용자인 제 3자가 손해를 입은 경우의 손
해에 대해서 제품의 제조•판매에 관여한 자가 부담해야 하는 특별한 손해의
손해배상 책임
PL법상의 책임
(결함)
PL&민법
민법상의 책임
(고의 또는 결함)
광의의 PL
결함 : 설계상의 결함, 제조 및 가공상의 결함과 표시상의 결함 등
소비자가 사용 중 접할 수 있다고 생각되는 제품 전체의 결함
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KOTRIC
2. 책임기간
인도
√ 통상의 책임기간
10년간
제조, 보관
후는 민법에 따름
3년간(배상의무청구권)
손해를 안 시점
√ 축적손해의 책임기간
민법에 따름
(의약품•식품등의 특례)
10년간
사용중에 손해
가 발생한 시점
√ 결함제품으로 인해 피해를 입은 경우 손해나 배상의무를 안 때로부터 3년간으로 배상의무청구권은 소멸
√ 축적손해(의약품이나 식료품에 의한 사고)의 경우 증상이 나타난 때를 기점으로 하여 10년간이 책임기간
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KOTRIC
3. 재료별 물성저하 패턴
금속무기재료
천연소재
(피혁, 섬유)
물
성
고분자재료
100
물
성
유
지
율
80
플라스틱
고무
60
상품한계
40
기능한계
사용시간
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KOTRIC
4. 고분자의 결함발생 시기
열, 자외선, 오존, 오일, 수분 등
100
초기물성 유지
고장 발생 영역
고
분
자
사용 불가능 영역
열화의 진행
물
성
붕괴
0
사용 기간
√ 화학제품은 타재료(금속, 무기재료)에 비하여 초기물성은 좋으나 장기사용에 따른 급속한 물성저하를 초래
√ 1회용 및 재료수명 단기제품이 대부분으로 제품결함을 파악하여 “경고” 및 “수명 보증기간”을 표기
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KOTRIC
제 2부 화학제품의 고장원인 종류
1. 제품의 불량 형태
설계 상의 불량
제품자체의 불량
- 안전설계의 부족
- 안전장치 및 중요부품의 내구성 부족
- 기술수준의 부족
제조 상의 불량
제
품
의
불
량
- 품질관리 불량에 의한 안전장치의 고장
- 불량검사에 의한 재질결함 및 조립불량
- 원재료 구입검사 불량
취급 설명서•경고 라벨의 누락
경고표시 상의 결함
- 경고사항의 누락 또는 부족
판매 팜플렛 또는 광고/
선전 판매원의 설명부족
- 표기상의 부실(과실 또는 허위 기재)
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KOTRIC
2. 사고원인의 형태
재료선택의 오류(폴리머의 선택, 고무배합설계)
설계상의 문제
사용환경 무시(내열성, 내유성, 내오존성, 내후성)
이형제
성형가공상의 문제
가공온도
배향성
경고 무시
사용상의 문제
수명한계 경과
용도이외의 사용
열, 광, 금속, 오존, 기름, 약품, 방사선,
재료의 열화
피로열화 (수명)
표시의 결함
실제 보험금지불사례의 많은 부분을 차지
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KOTRIC
제 3부 고장원인 규명을 위한 고안(考案)
1. 사고원인 규명 수법(手法)
사고상황의 파악
사용자측의 사고여부?
한정된 로트 내의 사고여부?
지역차의 여부?
제조/사용/보관시의 기후조건?
사용시의 환경조건?
사고원인의 가정/추측
전공지식/현장경험이 품부한 현장기술자
물리•화학적 분석/시험
외관관찰
파괴부위 관찰
조성/불순물 분석
강도/경도 분석
분자량/열 분석
현장 관찰
재현성 테스트
결론 및 대책
제조방법
사용환경
보관상황
재활용 원료 혼입률
시뮬레이션
실제시험
결론도출을 위한 검증
궁극적인 목적
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KOTRIC
2. 파괴면 관찰의 정보
파괴면 현상
빈 공극(void)
현상이 의미하는 고장
공기의 혼입, 혼련 부족, 고무에 발생
이물질
첨가된 충진재의 분산 불량, 혼련 부족, 고무에 발생
거울면
용제균열, 엔지니어링 플라스틱에 발생
Striation
(조개모양의 동심원 무늬)
피로파괴, 경도가 큰 플라스틱에 발생
파괴면이 깨끗하고
요철 없음
Weld line, 가공온도가 낮은 경우, 이형제가 관여된 경우
미세한 공극/부풀음
가수분해, 에스테르계 우레탄에 발생
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KOTRIC
3. 재현성 시험의 종류
용제
현장 실제시험
수분
- 결함발생 동일조건
재
현
성
시
험
방
법
햇빛
수송시험
수명시험
열
금속
실내 방치시험
오존
스트레스
동작한계시험
횟수
시뮬레이션
촉진열화시험
저장상태 촉진시험
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KOTRIC
제 4부 화학제품의 일반적인 약점
1. 고무/플라스틱의 약점
내열성이 떨어짐
열 팽창율이 큼
하중에 의한 변형발생
저온 취약성
금속에 비교해 강인성 및 연성이 떨어짐
물/용제에 취약
자외선 열화/연소성
첨가제/저분자 물질 형태의 가스 발생
가황고무/열경화성 수지의 재활용 곤란
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KOTRIC
2. 첨가제에 의한 문제
고무나 플라스틱은 물성적으로 취약한 재료의 하나로 열화를 방지하기 위해 산화방지제
등 첨가제를 사용해 개질하는 방법이 일반화 됨. 따라서 첨가제의 용출문제를 고려.
식품포장재의 위생문제
- 내용물 중의 염분, pH, 유분 등 포장재 첨가제의 용출면에서 용이한 조건
- 포장재 설계시 첨가제의 성능 뿐만 아니라 안전성(인체독성)도 고려
Bloom
- 플라스틱 성형품의 표면에 산화방지제, 가소제 등이 분말상으로 석출/고무제품의
배합제가 표면에 석출되어 결정화
- 블룸에 의한 열화의 진행으로 외관상 문제/착색/변색 유발
접촉오염
- 블룸현상에 의해 석출된 물질이 다른 성형품의 가수분해를 유인
- 아민계 노화방지제를 함유한 고무제품은 PC제품과 격리
(아민계 노화방지제는 PC의 가수분해를 유도)
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KOTRIC
3. 외부인자에 의한 열화
열열화 문제
- 산화개시온도(IOT)이상으로 가열되면 ROOH가 발생, 이것은 RO•과 •OH 라디칼로
분해 후 자동산화반응 진행
- 고분자 제품의 가열에 의한 첨가제/저분자물질의 out gas에 의한 주변물질에 악영향
수분에 약한 문제
- 고분자는 열화에 의해 ≻C=O등이 생기면 친수성을 갖게 되어 수분 흡착이 진행됨
- PC/PET 펠렛에 수분이 존재하면 제품가공(용융상태)에 따라 가수분해가 진행
용제에 약한 문제
- 용제와 접촉하면 고분자 성분의 팽윤, 균열, 용해 등의 현상이 발생
- 성형시 내부의 잔류응력은 외부로부터의 용제, 이형제 등에 의하여 용제균열을 유발
금속접촉에 약한 문제
- 금속, 무기질 안료, 촉매 등의 접촉 금속이온이 폴리머의 자동산화반응을 촉진
- 동해(洞害)와 같이 유기재료는 금속에 민감하여 열화를 촉진
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KOTRIC
제 5부 화학제품의 열화 및 성형불량
1. 열화 및 발현현상
첨가물의 표면석출
- 고분자물질의 물성을 강화하기 위해 열화방지제 등의 첨가제를 사용해 개질
- 식품포장재의 경우 내용물 중의 염분, pH, 유분 등에 의해 첨가제의 용출이 용이
- 유성식품에는 포장재의 첨가제가 용출 됨으로 안정제를 첨가하지 않은 재료를 선택
- 포장재 설계시 첨가제의 성능 뿐만 아니라 안전성(인체독성)도 고려
Bloom
- 플라스틱 성형품의 표면에 산화방지제, 가소제 등이 분말상으로 석출/고무제품의
배합제가 표면에 석출되어 결정화
- 블룸에 의한 열화의 진행으로 외관상 문제/착색/변색 유발
- 아민계 노화방지제는 성능/가격 면에서 우수하나, 오염성 및 독성의 우려가 큼
접촉오염
- 블룸현상에 의해 석출된 물질이 다른 성형품에 접촉하여 가수분해 등 오염을 유인
- 아민계 노화방지제를 함유한 고무제품은 PC제품과 격리
(아민계 노화방지제는 PC의 가수분해를 유도)
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KOTRIC
열열화
- 산화는 산소의 확산속도와 온도에 의해 지배, 고온의 용해상태 산화가 급격히 진행
- IOT이상으로 가열되면 ROOH가 발생, 이것은 RO•과 •OH 라디칼로 분해 후 자동산화반응 진행
- 불포화고무에서 빨리 진행되며, 열화에 의해 가교결합, 결합쇄의 절단, 극성그룹의 형성을 수반
광열화
- 태양광선의 300~500nm파장을 폴리머 내부에 흡수해 열화가 진행
- 광열화 초기에 분자량 증가(가교반응), 밀도 증가(결정화 진행), 강도의 일시 증가 후 급격히 저하
ROO •
O2
RH
R•
Hv / , O2
(1) R-CH2 -------→ R-CH-OOH
RH
hv, etc.
R•
hv /
(2) R-CH-OOH --→ R-C=O + H2O
(3) Norrish rxn (autoaccelerating)
ROOH
h v , O2
(4) R-C=O ----→ R-C=O + R′-CHOOH
ROH
RH
RO •
•OH+RH R• + H2O
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KOTRIC
가수분해에 의한 열화
- 고분자는 열화에 의해 ≻C=O등이 생기면 친수성을 갖게 되어 수분 흡착이 진행됨
- -COOH, -HSO3, -NH3, -OH기 등이 분자쇄에 존재하면 수분흡수를 촉진
- -COOH-, -O-, -CONH-결합에서는 흡수성 뿐만 아니라 가수분해를 촉진
- PC/PET 펠렛에 수분이 존재하면 제품가공(용융상태)에 따라 가수분해가 진행
용제에 의한 열화
- 용제와 접촉하면 고분자 성분의 팽윤, 균열, 용해 등의 현상이 발생
- 성형품에 흠집이 있으면 용제 팽윤되어 흠집이 커지게 되고 파괴에 도달
- 성형시 내부에 발생한 잔류응력은 용제, 이형제, 계면활성제, 기계유 등에 의하여 용제균열을 발생
금속촉매에 의한 열화
- 플라스틱/고무는 금속 또는 금속화합물과 접촉하여 폴리머의 자동산화반응을 촉진/열화
- 금속원소의 영향 Co 〉Mn 〉Cu 〉Fe 〉V 》Ni 〉Ti Ca Ag Zn 〉Al 〉Mg
- 온도나 습도가 높아지면 한층 더 활발하게 증가해서 열산화 와 더불어 열화가 촉진
- 금속이온이 히드로퍼옥시드를 산화환원반응에 의해 자유 라디칼에 접촉해서 연쇄반응을 촉진
- PP에서 촉매 Ti 또는 Al화합물이 5-50ppm잔류 시 300nm이하의 단파장을 흡수해 광열화를 유발
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KOTRIC
오존에 의한 열화
- 오존(O3)열화는 주쇄에 이중결합을 갖는 고무제품인 SBR, NBR, NR 등의 디엔계 고무에서 문제
- 오존열화를 방지하는 수단의 한가지는 파라핀왁스나 지방산의 첨가법
(첨가물의 블움 현상을 이용해 고무 표면에 박막을 형성함으로서 오존열화를 방지)
- IC공장 및 정밀실험실에 설치된 크린룸의 O링 등은 오일류를 사용할 수 없어 오존열화에 취약
(내오존성 고무나 NBR에 PVC를 30% 블렌드한 고무 사용)
피로열화
- 피로파괴에 따라 역학적 내구성이 서서히 저하하는 현상
- 진동 뒤틀림 또는 진동응력을 가하면 분자쇄 내의 불균일한 응력상태의 발생, 마이크로 보이드
(void) 발생, 부분적인 파단과 같은 현상이 관찰
- 충진제가 첨가된 경우는 충진제 표면과 고무분자와의 응집결합력이 피로열화에 영향을 줌
미생물에 의한 열화
- 셀룰로스 섬유, 지방산 식물성 오일, 동물지방 등과 같은 천연물로 만들어진 유기첨가제에 의해
미생물에 쉽게 공격받음
- 미생물에 의한 열화 : 에스테르결합 〉에테르결합 〉아미드결합 〉우레탄결합 〉C-C결합
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KOTRIC
2. 성형가공상의 일반적 고장발생
폴리머의 성형가공에 기인하는 고장발생은 성형과정단계, 2차가공·조립단계, 유통·보관단계, 제품
사용단계로 구분할 수 있으며, 제품의 성형 시에 발생하는 고장원인을 미리 파악해 두는 것이 제품고
장의 재발방지를 위해도 중요
플라스틱의 사출성형 공정에서의 고장발생
√ 사출압력을 높게 하면 내스트레스 크래킹을 향상
√ PC, PET는 극성폴리머로 수분 존재시 용융점도를 저하(예비건조)
√ 제조공정상의 결함으로 크랙발생, 용제크랙, 웰드라인, 결정화도의 편중에 따른 갈라짐 등의 발생
수 지
건 조
가소화
사출충진
온도•압 유지
분자 배향
열 열화/용적변화
수분/불순물 혼입
가소제 과다/부족
냉 각
이 형
냉 각
재고보관
운 반
잔류 스트레스
용제 크랙
웰드라인
접촉열화
열화
열 수축
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KOTRIC
고무의 제조공정에서 제품의 고장발생
√ 다양한 종류의 첨가제와 가황공정이 복잡하기 때문에 작업공정에 의한 고장 발생
√ 이중결합을 갖는 디엔계고무의 경우 환경열화, 오존열화, 금속열화, 팽윤균열이 발생
중 합
금형제작
잔류촉매
분자량부족
불순물의 혼입
천연고무 채취
이형제
배합설계
배 합
혼 련
설계오류
배합오류
혼련부족
분산불량
건 조
불순물의 혼입
성 형
가 황
이 형
재고보관
운 반
Void
이형제 주입불량
가황부족/과다
부착오염
블루밍/열화
열화
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KOTRIC
3. 성형가공에 의한 고장 발생
실크마크
- 열팽창된 폴리머가 냉각되어 수축하기 때문에 생기며 함몰형상, 두께가 불균일한 성형품에 발생
(두꺼운 부분과 얇은 부분의 냉각속도가 달라 결정성 및 밀도 차가 생기기 때문에 발생)
- 일반적으로 실린더 온도를 낮추고, 사출압력을 조절해 문제를 해결
뒤틀림 현상(아닐링 처리)
- 사출성형에서 용융된 폴리머를 금형에 강한 압력을 가해 성형하기 때문에 뒤틀림 현상이 발생
- 뒤틀림은 방치에 의한 파손, 가소제의 블룸에 의한 붕괴, 계면활성제의 접촉에 의한 용제균열 발생
- 연화변형 온도보다 5∼10℃낮은 온도의 공기욕이나 온욕 중에서 성형품을 아닐링 시켜 방지
빈 공극(void)
- 수분, 첨가제, 저분자량의 성분이 휘발해서 성형품의 전부분에 무작위로 산재하는 빈 공극
- 제품사용 도중에 열화해서 성형품 전체가 약해지는 초기붕괴의 요인
웰드라인(weld line)
- 성형품 표면에 생기는 접착불량(노즐로부터 사출된 폴리머재료가 캐비티 내에 충진되는 동안
선단부의 고분자가 빨리 고형화하기 때문에 그 합류부분에 웰드라인이 발생)
- 폴리머의 가공온도 또는 금형온도를 높이거나 성형스피드를 느리게 하는 것을 고려
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KOTRIC
탄화 및 흑화
- 성형조건/금형내의 공기방출이 나쁜 경우 성형재료가 과열에 의해 변색하는 현상
- 성형조건의 경우는 실린더온도를 너무 높게 하거나, 머무름 시간을 너무 길게하는 것이 원인
- 탄화는 캐비티의 말단에 머무른 공기가 재료의 급속한 유입에 따라 압축됨으로서 온도가 상승
(공기벤트를 충분히 하고, 사출 스피드를 늦춤)
- 흑화는 탄화의 원인 외에 성형기의 재료가 불안정/실린더 내의 기계적 결함에 의해 성형품의
표면에 발생(실린더 내부의 스쿠류벤드의 청소/검정)
박리
- 상용성이 떨어지는 이종재료의 혼입과 실린더온도가 너무 높거나 낮은 경우 성형품에 운모상의
얇은 층이 되어 박리 되는 현상
- PS와 ABS수지, PS와 PP등의 경우는 상용성이 나쁘기 때문에 혼입 사용시 주의
이형불량
- 금형의 결함과 과충진에 의해 금형으로부터 용이하게 성형품의 이형되지 않는 현상
- 금형결함은 구배, 금형마모, 이젝터 밸런스가 나쁜 경우, 노즐반경이 스풀반경보다 큰 경우 등
- 과충진은 금형내의 유효압력이 과하게 걸렸을 때 고정 측에 성형품이 잔류
- 완전충진 후에는 압력을 보존압으로 전환해 캐비티 내의 압력을 낮추어 밸런스를 유지
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KOTRIC
제 6부 고장원인 규명을 위한 분석방법
1. 고분자 제품의 시험/분석 절차
고분자
결정화도
(DSC, XRD)
열적•화학적 특성분석
(FT-IR, 1H/13C NMR, DSC,
TGA, GPC, 첨가제 분석)
기계적 물성
(인장강도, 연신율 등)
폴리머
관능기 분석
FT-IR, microscope FT-IR
폴리머의 종류 및 열화진행
폴리머
표면 분석
SEM, XMA, AES, ESCA
폴리머의 표면열화 분석
폴리머 열적
성질/분자량
DSC, TGA, TMA, GPC
Tm, Tg, IOT, △H로 부터
고분자의 열화정도 측정
모노머 분석
PyGC-MS/IR, TG-MS, EA
모노머 정성 및 공중합비
열 화
(deterioration)
외관관찰
(SEM, 광학현미경)
기계적 물성
(인장강도, 연신율 등)
붕 괴
(disintegration)
외관관찰
(사진, SEM, 광학현미경)
GPC
(분자량, 분자량분포)
분 해
(degradation)
폴리머
구조 분석
분해잔류물 분석
(GC/MS, HPLC, NMR, IR)
종합분석
종합/응용
1H/13C-NMR,
IR, MS
분자구조, 모노머 조성
-
Photostability
Durability
Weatherability
Anticipation of life-time
Control of life-time
KOTRIC
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2. 고장원인 규명을 위한 분석기기
1. 자외선 및 가시광선 분광분석법(UV-Vis spectrophotometry)
자외선이나 가시광선의 파장을 시료에 조사시켜 입사광선의 파장과 흡광도와의 관계를 측정
산화방지제, 자외선 흡수제나 가소제, 잔류 모너머 등의 첨가제에 대한 정성·정량 분석
2. 적외선 분광법(Fourier Transform-Infrared spectrometry, FT-IR)
표준 스펙트럼과의 비교에 의해서 시료물질의 동일 여부, 관능기, 다중결합, 이성질체, 방향족의 치
환위치, 수소결합, 오일정량 등을 분석
Micro FT-IR로는 20∼30㎛의 극미량 시료, 열분해 PyGC에 부착시켜 고분자의 분해가스를 분석
3. 핵자기 공명 분광법(NMR)
1H-NMR에서 화학적 이동(화합물 중의 결합형식), 피이크의 강도(수소의 상대수), 피이크의 분열
(각 수소의 위치관계)을 분석
13C-NMR에서는 탄소골격이나 입체구조의 직접정보 외에 서열분포에 대한 정보
4. 질량분석법(MS)
토막이온의 스펙트럼으로부터 분자량, 분자구조를 추정(고분자의 분자구조 연구)
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KOTRIC
5.열분석
물질의 열적성질, 상전이, 모폴로지 등의 상태변화/조성성분 분석에 이용되고, 열질량분석(TA), 시
차주사열량분석(DSC), 시차열분석(DTA), 열기계적분석(TMA) 등
TG : 고분자 자체의 내열성/열분해 구조의 검토/첨가제 및 고분자의 조성분석
TG-DSC, TG-DTA 등과 같이 두가지 분석법으로 동시에 측정
DSC/DTA : 고분자의 상전이, 유리전이온도, 모폴로지의 변화, 산화개시온도 등을 분석
TMA : 열팽창률, 유리전이온도 등을 측정
6. 컬럼분석
GC, GC-MS, HPLC, GPC 외에 TLC 등
GC : 첨가제인 저분자 화합물의 정성정량에 사용되는 일반적인 분석장비
PyGC를 이용해 폴리머의 열분해에 의한 분해가스를 정성정량, 공중합비 등을 분석
HPLC/GPC : 고분자 중의 노화방지제, 가황방지제, 오일 등의 분석
용매에 녹는 고분자의 분자량 및 분자량분포는 GPC로 측정
7. 표면분석
ESCA(electron spectroscopy for chemical analysis), XMA(x-ray micro analysis, EPMA),
SEM-EDS(scanning electron microscopy) 등
ESCA : 재료표면과 그 근접부위의 원소의 종류와 결합상태에 관하여 유용한 정보
SEM : 음극선관의 화면상에 확대표시하는 현미경으로 몇십배에서 수십만배 까지 표면관찰
XMA : 특정원소의 분포를 이차원적으로 파악할 수 있어 고분자물질의 불균일 산화를 표면으로부터
내부로 향하여 산소분포를 분석(산소가 어느 정도의 깊이 까지 확산)
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KOTRIC
3. 고분자재료의 분석방법 및 전처리 기법
1. 용융흐름속도(MFR : Melt Flow Rate)
폴리머가 일정온도에서 2.16kgf로 10분간 일정지름의 올리피스로 유출되는 양
MFR이 작으면 성형품내부에 잔류하는 응력이 크다는 것을 의미, stress cracking으로 나타남
성형품의 가공온도를 설정하는 데에는 성형품의 형상과 MFR을 기준
2. DSC에 의한 유리전이온도(Tg)와 발열량
열화로 인해 폴리머가 저분자화되면 Tg가 저온 측으로 이동하는 경향
가황고무제품의 미가황분이 남아있는 경우 DSC로 발열량을 측정하면 잔존 가황율을 측정
가황고무의 경우 잔존가황율이 높으면 유리전이온도가 낮게 됨
3. TMA (Thermal Mechanical Analyzer) 측정
잔류스트레스가 큰 고분자 제품의 경우 용제크랙(solvent crack)이 발생
TMA로 잔류스트레스의 상대치를 검출하여 결함제품의 잔류스트레스를 분석
배향시료의 열팽창량과 무배향시료의 열팽창량의 차이는 배향(잔류스트레스) 열팽창량
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KOTRIC
4. TG를 이용한 분자량의 상대적 측정
고분자 물질은 진행되면 서서히 저분자화하는 경향
고분자가 열열화나 광열화에 의해 분자량이 낮아지면 열분해온도는 저온 쪽으로 이동
5. 폴리머 산화의 척도가 되는 산화개시온도(IOT)의 측정
DSC로 IOT를 측정하는 방법은 열화를 정량화 함으로써 수명예측/결함원인 규명에 유용
폴리머는 산화반응이 일어나 히드로퍼옥사이드기 등이 생성·축적되면서 서서히 열화가 진행되며,
히드로퍼옥사이드기는 약 126∼147J/mol(30∼35kcal/mol)로 결합에너지가 작고, 분해되어 라디
칼을 생성하기 쉽기 때문에 승온에 의하여 발열현상에 의한 산화반응이 진행
IOT는 산화반응에 기초한 열적성질로 열화가 진행됨에 따라 저온 쪽으로 이동
6. Soxhlet을 이용한 첨가제 추출법
폴리머를 용해하지 않고 헥산, 디에틸에테르, 클로로포름 등을 이용해 속슬릿으로 첨가제를 추출
액체질소의 저온분쇄 또는 얇은 필름상으로 약 40시간 속슬릿 추출
폴리머를 용해하지 않는 용매를 사용해도 첨가제외에 폴리머 자체의 저분자 부분도 같이 추출되기
때문에 저분자 폴리머가 불용성을 갖는 아세톤, 메탄올, 이소프로필알콜 등을 추출액에 과량 첨가
해 저분자 폴리머를 재침전시켜 제거(기기분석의 분리능 향상)
27
KOTRIC
제 7부 화학제품의 고장원인 규명사례
규명사례
OA기기용 고무 전송지 Roller의 Slip 결함원인 규명
PE-PP공중합체 화장품 케이스의 변색 원인규명
냄비뚜껑 손잡이 연결부(열경화성 고분자)의 크랙발생 원인규명
수도용배관 패킹 고무제품의 수돗물에 의한 열화 원인규명
전자부품에 불량원인을 일으키는 유기재료의 영향
고장원인 규명의 활용분야
생산현장, 품질관리부서, 연구/개발부서, PL/MSDS 제도관련부서 등
부품개발
소재연구
적용성 검토
제품개발
기능성 부여
신제품개발
품질개선
28
KOTRIC
<OA 기기용 고무 전송지 Roller의 Slip 고장원인 규명>1
고장내용
- 1년을 경과한 복사기로 고무(CR) roller의 결함 때문에 복사 시 활자체의 겹침(slip) 현상이 발생
- 복사기, 팩스, 환전기, 카드시스템 등의 기기의 부품으로 고무 롤러가 공통으로 사용
- 고무 롤러의 경우 현금, 카드 등의 입출력에 사용되기 때문에 신뢰성이 특별히 요구됨
- 복사기의 경우 하찮은 슬립현상이라도 발생하면 복사기 자체의 상품가치를 상실
- 고무 롤러는 마찰계수, 내마찰성, 저압축영구변형주름율, 내오존성, 내열성 등이 요구되기
때문에 일반적으로 클로로프렌고무(Chloroprene Rubber), 우레탄고무, 에틸렌프로필렌고무
(EPDM)가 사용되고, 특히 CR은 이러한 다양한 특성을 만족
- 종이의 연속 이동시에는 감열지(종이의 열을 감지) 형이기 때문에 고무 롤러는 최고 90℃,
보통은 60-70℃정도의 온도조건에 놓이게 됨
Cl
일반사항
CH2
C
Cl
CH
CH2
CH2
C
CH
CH2
m
l
CH
n
CH2
C
CH2
Cl
l : 97.9%, m : 1.1%, n : 1.0%
1,4-Addition
1,2-Addition
3,4-Addition
<CR고무의 화학구조>
- 고무 롤러의 표면에는 장기사용에 따른 배합제의 일부인 노화방지제, 가소제, 클레이 등의
bloom 현상이 발생하고, 종이분말 등의 이물질이 부착되어 고무 롤러의 마찰계수가 떨어짐
- 정확히 종이를 집어서 이동시키기 위해서는 마찰계수가 크고, 마찰계수를 일정하게 유지해야 함
29
KOTRIC
<OA 기기용 고무 전송지 Roller의 Slip 고장원인 규명>2
- 롤러 표면부착물의 분석결과 고무배합제의 하나인 클레이(규산알루미늄)로 분석(EPMA 분석)
- 전송 중에 석출물에 의해 조금씩 압박을 받게 된 고무롤러는 클레이를 롤표면에 블룸 현상을 일으킴
- 종이 전송에 있어서 가장 중요한 인자인 롤 마찰은 점착력이 지배하지만, 표면을 오목 볼록하게
함으로써 점착력이 떨어져도 성능을 유지하게 함
- SEM측정결과 사고품 롤은 미사용품에 비하여 표면이 평평하고, 미세한 균열발생이 관찰 됨
<롤 표면의 SEM에 의한 조도 측정>
표면분석
구 분
중심의 평균 높이
최대 높이
평균 높이
신제품
0.72
12.21
10.41
불량품
0.17
3.41
3.03
- 열화에 따라 폴리머 자체의 고분자화(가교화)가 진행되면 분자간 운동이 경직된 상태가 되어
탄성이 작게 되고 필연적으로 작은 스트레스에도 장기간 사용에 따라 크랙이 발생하게 됨
- 고무 롤에는 카본블랙이 배합되어 있어 카본블랙이 적외선 광을 흡수하기 때문에 표면반사법으로
CR의 분자구조변화를 마이크로스코프 FT-IR을 이용해 표면반사법으로 측정
- CR의 열화현상은 결합에너지가 작은 측쇄 측의 Cl기가 이탈하여 주쇄 중의 -C=C- 결합이 증가하기
-1
때문에 사고품은 1640cm 부근의 주쇄 중의 -C=C-의 흡수가 증가
- 탈 Cl반응이 일어나면 고무의 주쇄 중에 -C=C-가 증가되어 경화되어 크랙이 발생
FT-IR
분석
사고품
T
(%)
신품
-C=C-
2000
1800
1600
1400
파수 (cm-1)
1200
1000
<고무 롤의 microscope FT-IR스펙트럼>
30
KOTRIC
<OA 기기용 고무 전송지 Roller의 Slip 고장원인 규명>3
- 할로겐화 폴리머의 열화를 검사할 때에 경도측정은 아주 유효한 수단이 되며, 본 열화는 표면에
한정된 영역에서 발생되기 때문에 통상의 경도측정법(시료표면깊이 8mm이상)으로는 경도변화를
측정하기 어려워 마이크로 경도측정법으로 측정
<롤 표면의 마이크로경도 측정결과 >
구 분
경도측정
신 품
횟수
사고품
1
45.4
45.5
55.3
56.1
2
45.0
45.5
55.5
56.4
3
46.0
46.2
55.5
55.2
4
46.3
46.6
55.5
55.6
- 롤 단면의 경도측정결과 열화에 의해 사고품 롤의 표면경도는 새제품에 비하여 경도가 증가
- 표면경도 증가 때문에 롤 표면 또는 표면 근접부위에 있어서 고무물성에 큰 영향을 주어 열화가 발생
- 표면경도가 상승했다는 것은 종이를 집어서 전송하는 능력인 마찰계수에 큰 영향력을 주기 때문에
본 사고의 주요인자로 판단
- 감열지형의 종이 전송롤이 슬립사고를 일으킨 원인은 배합제의 일부인 클레이가 장기사용에 따라
원인규명
블루움 현상을 발생한 것이라 생각할 수 있으나, 주요원인은 롤 부근에 존재하는 thermal head로
부터 발생하는 열이 롤 표면 또는 근접의 롤에 열열화를 발생을 유발
- 열화 메카니즘은 롤을 형성하는 클로로프렌(CR)고무의 탈염소 반응을 유인해서 표면경도를
상승시키고, 마모계수를 저하
- 마모가 진행됨에 따라 조도가 나빠지고, 열화에 따라 표면경도의 상승이 마모를 가속시켜 표면이
매끈하게 된 것이 슬립사고의 원인이 됨
31
KOTRIC
<OA 기기용 고무 전송지 Roller의 Slip 고장원인 규명>4
- CR은 일반적으로 마모계수가 타 고무에 비해 높기 때문에 전송 롤로 많이 사용되고 있으나,
항상 열에 노출되어 있다는 것을 생각한다면 내열 노화방지제를 선택해 배합 상에 도입을 고려
- CR은 일반적으로 초기물성이나 내구성 측면에서도 EPDM보다 우수하나, 사용조건이 열악하고,
초기성능보다는 성능유지에 중점을 두는 경우에는 EPDM의 선택도 고려
- 초기성능을 아주 중요시하지 않는 경우에는 PL법과 직접적인 관련은 없으나, 롤의 교환시기를
“경고”로 명시해 놓는 것이 바람직
대책방안
마
찰
계
수
EPDM
(μ )
CR
1
3
7
20
옥외 폭로시간 (일)
40 60
<광열화 후의 CR과 EPDM의 마찰계수 변화>
32
KOTRIC
< PE-PP공중합체 화장품 케이스의 변색 원인규명>1
고장내용
- 화장품 제조업체의 판매 촉진용으로 컴팩트한 박스로 성형 후, 셀로판지로 포장해서 점포에
전시된지 3-4개월 후에 박스가 백색계 쥐색에서 황색으로 변색되는 현상이 발생
- 소비자의 구매의욕을 돋우는 중요한 인자인 제품의 색은 구매의 중요한 판단기준이 되기 때문에
제품개발에 있어서 색은 중요한 포인트가 됨
일반사항
- 의류나 화장품 포장재와 같이 패션이 중시되는 제품의 착색 또는 변색은 제품의 중대한 결함
변색현상을 일으키는 물질이 다양하고, 열이나 빛 등과 같은 외부적 용인과 복잡하게 얽혀서
발생하기 때문에 변색사고의 원인규명은 상당히 어려움
- 일반적으로 폴리머의 변색은 폴리머자체가 열이나 빛에 의해 서서히 열화되어 폴리머 주쇄 중에
카르보닐기(=C=O)의 발색단이 생성되어 황색변색이 서서히 진행
- 본 사고에 있어서 단시간 내에 강한 황색화가 나타나기 때문에 폴리머의 단순열화가 아님
- 변색물질의 추출에는 시료를 미분말화 한후 디에틸에테르에 의한 속슬릿추출을 실시한 결과
Soxhlet
추출 및
TLC분석
추출액은 황색을 나타냄
- TLC는 실리카겔을 기질로하여 분리된 황색물질을 육안으로 직접판별이 가능
변색된 성형품과 변색되지 않은 성형품의 추출액의 TLC스파트 실험결과 황색스파트는
황변 성형품에서만 나타남
- 산화방지제인 BHT의 Rf치로 상대적 함유량을 측정한 결과 황변 성형품의 산화방지제 함유량이
적은 것으로 확인
33
KOTRIC
< PE-PP공중합체 화장품 케이스의 변색 원인규명>2
- 폴리올레핀계 산화방지제로는 페놀계, 인계와 황계, 정량분석에는 TLC, HPLC와 GC가 사용됨
- 변색된 성형품에 포함된 BHT의 함유량은 변색되지 않은 성형품에 포함된 BHT의 함유량이
적은 것이 확임 됨
- 산화방지제 초기의 BHT가 다른 화학물질로 변화되어, 이것이 변색의 주원인임을 추정
C(CH3)3
CH3
OH
C(CH3)3
기기분석
<산화방지제 BHT의 화학구조>
1. Sumilizer-BHT
2. 스미라이저-BBM-S
3. 스미라이저-WX-R
4. 비타민 E
5. Irganox-1076
6. 토파놀-CA
7. 일가녹스-1330
8. 마크-A020
9. 시아녹스-1790
<폴리올레핀계 산화방지제의 GC크로마토그램>
34
KOTRIC
< PE-PP공중합체 화장품 케이스의 변색 원인규명>3
- 산화성물질(TiO2, Fe, Cu 등)의 작용에 의한 BHT자체의 라디칼 산화반응에 의한 황변
(H3C)3C
O
(H3C)3C
C(CH3)3
CH
CH
O
C(CH3)3
<황변물질인 Stilbene quinone>
원인규명
- 제품의 창고내 보관시 페놀계 산화방지제는 배기가스 중에 포함된 NOx가스와 반응해 황변발생
- 페놀계 산화방지제의 TiO2(Anatase type)안료에 의한 핑크색 변화
<이산화티탄에 의한 페놀계 산화방지제의 변색>
첨가제 구성
7시간 태양광 노출 후의 착색성
TiO2 (Anatase) + BHT
핑크 색
TiO2 (Rutile)
+ BHT
TiO2 (Anatase)
변색 없음
변색 없음
- 성형품에 첨가되는 백색안료로는 보통 ZnO 또는 TiO2가 사용되고, 최근에는 ZnO보다
가격이 조금 높으나 색상면에서 TiO2가 좋기 때문에 선호도가 높으나 산화방지제인 BHT와
대책방안
동시에 첨가할 경우 태양광에 의한 백색안료인 Anatase형 TiO2의 여기에 의해 BHT의 급속한
산화반응이 진행되어 변색이 진행 됨
- 백색안료를 Rutile형으로 바꾸어 성형한 후 옥외폭로시험을 행한 결과 변색발생이 일어나지 않음
- 백색안료로 Anatase형 TiO2를 사용할 경우 광반응 및 산화반응에 대한 충분한 지식이 요구 됨
35
KOTRIC
<냄비뚜껑 손잡이 연결부(열경화성 고분자)의 크랙발생 원인규명>1
고장내용
- 찌개용 냄비의 손잡이 연결부에 크랙이 발생한 후 계속사용에 따른 크랙이 점점 성장해
최종적으로 파괴에 도달하여 제품의 기능을 상실한 현상이 발생
- 결함 대상물이 매일 우리주변에서 사용되고 있는 제품의 경우 메스컴을 통한 전달속도가 빠르고,
미약한 결함일지라도 자사제품의 이미지 실추에 영향이 크기 때문에 제조회사로서는 타격을 받게
됨
일반사항
- 제품의 크랙발생은 계절, 지역에 관계없이 랜덤하게 발생되었고, 한정된 제조로트 범위 내에서 발
생
- 연결부는 페놀수지로 성형되었고, 크랙의 크기는 사용기간이나 상태의 차이에 따라 다르게 나타남
- 크랙단면을 SEM으로 관찰한 결과 빈공극, 용제크랙이나 이형제에 의한 영향은 검출되지 않음
- 일반적으로 페놀수지와 같은 열경화성수지는 겔화이론에 따라 100%경화되지는 않음
- 페놀수지는 열경화성수지이기 때문에 분자쇄는 리지드(경직)한 상태이나 유리전이온도 이상의
잔류
스트레스
의 측정
(TMA)
온도영역에서는 국소적으로 자유스럽게 운동하는 부분이 있다. 특히 열처리가 불충분한 경우
잔류스트레스에 의해 분자쇄가 움직이고, 안정한 상태로 되돌아가려는 성질이 있음
- 연결부의 잔류스트레스 측정에 있어서 두께방향(크랙발생의 평행한 방향)에서는 정상품과 비교해
차이가 없으나, 원주방향(크랙발생 방향)에서는 정상품에 비교하여 3배의 체적팽창을 나타냄
- 성형후에 연결부의 원주방향에 발생한 잔류스트레스는 냄비 사용시의 가열에 따라 원주방향에
체적팽창변화를 일으키기 때문에 크랙이 발생함을 확인
36
KOTRIC
<냄비뚜껑 손잡이 연결부(열경화성 고분자)의 크랙발생 원인규명>2
- 열경화성수지는 경화반응이 불충분한 경우 경화반응온도 이상의 온도에서 가열하면 미경화분의
잔류경화발열현상이 일어남
- 크랙발생품을 DSC로 측정한 결과 200℃근방에서 경화반응을 나타내는 발열 피이크가 나타났으나,
측정한 시료를 다시 스캐닝한 결과 발열피이크가 나타나지 않음(경화반응이 완전히 종결됨을 의미)
잔류경화
반응열의
측정
(DSC)
잔류 경화반응열 (J/g)
Tg (℃)
E
x
o
<1회 측정>
E
n
d
o
분해에 의한 발열
<2회 측정>
0
100
200
300
온도 (℃)
<DSC측정에 의한 잔류경화반응열 측정시의 열거동>
37
KOTRIC
<냄비뚜껑 손잡이 연결부(열경화성 고분자)의 크랙발생 원인규명>3
<DSC에 의한 잔류경화 발열량>
항목
잔류경화
반응열의
측정
(DSC)
시료
잔류경화
반응열(J/g)
1회 측정치
2회 측정치
크랙 발생품
크랙 발생품
(미사용)
정상품
(미사용)
10.5
-
13.8
-
7.4
-
- 크랙발생품(미사용)은 정상품에 비교하여 잔류경화반응열이 크고, 크랙발생품의 경우 미사용품에
비하여 작게 나타남(손잡이 연결부가 100℃이상의 요리온도에서 서서히 경화반응이 진행됨을 예
측)
- 성형품의 재질이 동일하다 할지라도 충전제의 종류 및 양이 다르기 때문에 성형조건도 배합에 따
라
달리함으로써 성형후에 생기는 잔류스트레스를 줄임
대책방안
- 성형가공시 열처리가 부족해 연결부의 원주방향에 잔류스트레스가 크게되어 냄비 사용 중에 조금
씩
경화반응이 진행되어 크랙이 발생함으로 재고품의 경우 후열처리에 의해 크랙발생
38
KOTRIC
< 수도용배관 패킹 고무제품의 수돗물에 의한 열화 원인규명>1
고장내용
- 건물의 대형 수돗물탱크에 설치된지 10개월된 EPDM제 고무패킹의 파괴현상이 발생
- 에틸렌-프로필렌고무(EPDM)는 에틸렌과 프로필렌 및 제3성분으로써 디엔성분이 공중합되기
때문에 일반적으로 가황이 가능하게 됨
CH3
(CH2CH2)
(CH2CH)
(
)
CH-CH 3
<그림 10> EPDM고무의 화학구조
일반사항
- EPDM은 내오존성, 내후성, 내약품성을 필요로 하는 공업용이나 건축용 고무 등에 광범위하게 사
용
- 제 3성분인 디엔성분이 많게 되면 가황이 쉽게 되고, 천연고무(NR), 스틸렌부타디엔고무(SBR)와
의
공가황도 가능하게 되나 EPDM자체의 내구성은 서서히 실추됨
- 특히 온수가 흐르고 있는 관에서 파괴현상이 크게 나타남
- 미사용품과 10개월 사용품의 고무조성 측정결과 동일조성으로 분석 됨
(수돗물에 의한 추출 등은 없음)
- 일반물성 측정결과 경도와 인장강도는 증가하였으나, 신장률은 급격히 감소한 것으로 보아
열화에 의한 폴리머의 고분자화현상을 나타냈고 물성이 취약해졌음이 확인됨
KOTRIC
39
< 수도용배관 패킹 고무제품의 수돗물에 의한 열화 원인규명>2
- 열화를 유인하는 물질을 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)에 의해 표면분석을 실시한 결과
열화된 고무패킹 표면에서 다량의 염소원소가 존재함이 확인됨
열화물질
의 분석
(EPMA)
상
대
농
도
Cl
O
0 (표면)
50
100
150
침투 방향 (㎛)
<EPDM제 패킹열화부의 EPMA분석에 의한 염소원소와 산소원소의 침투 스펙트럼>
- 표면 및 근접부위에 다량의 Cl원소가 존재하고, 시료내부의 140㎛까지 Cl화합물의 흡착․확산현상
이
진행되었음을 나타냄
- O원소도 Cl 원소와 같이 존재하는 것은 Cl 원소의 흡착․확산과 동시에 산화반응이 진행됨을 시사
- EPDM제 고무패킹은 Cl 화합물에 의한 가교반응과 산화반응이 동시에 일어나게 되고,
고분자화와 산화에 의해 물성약화 및 수도수 중에 박리됨
40
KOTRIC
< 수도용배관 패킹 고무제품의 수돗물에 의한 열화 원인규명>3
- 가황고무에는 가황고무자체의 물성향상 특히 내마모성을 향상시키기 위해 20-40%의 카본블랙
(CB)이 첨가되어 있음
- CB 표면에 다수 존재하는 활성점이 고무의 혼련 중에 존재하는 활성점과 결속되어 일종의 가교를
형성해 고무의 보강효과를 나타내는데, 이 CB표면의 활성점이 가황성형 후에도 일부 잔류해서
주변에 존재하는 염소화합물을 흡착
수돗물 영역
가황고무
보강제
(카본블랙)
/EPDM의
Cl2 영역
0
1
HClO 영역
2
3
4
ClO- 영역
5
6
7
8
9
14
pH
<물중의 염소화합물의 존재형태>
열화작용
EPDM에 배합된 CB에 수돗물 중의 염소화합물이 흡착
HClO 또는 ClO-와 CB가 반응해 산소라디칼 및 염소 이온을 발생
EPDM 분자쇄를 산소 라디칼 및 연소 이온이 공격
가교, 산화와 붕괴를 유인
EPDM제 패킹표면은 수돗물에 의해 용이하게 붕괴
<수도수 중의 EPDM 패킹의 열화거동>
41
KOTRIC
<수도용배관 패킹 고무제품의 수돗물에 의한 열화 원인규명>4
- EPDM제 패킹과 접촉하는 수돗물에 의해 염소화 반응과 산화반응이 일어남을 알수 있다. 즉
EPDM제 제 패킹 중의 CB입자에 의해 흡착된 차아염소산(HClO) 또는 차아염소산이온(ClO )은
산소라디칼 또는 염소이온으로 분해해 가교반응, 산화반응과 염소화반응을 EPDM고무 분자쇄에
일으켜 열화가 진행되는 것으로 추정
CH3
(CH2CH2)
CH3
(CH2CH)
(
)
+
(CH2CH2)
Cl Compound
(CH2CH)
(
)
CH-CH 2Cl
CH-CH 3
가황고무
보강제
(
(카본블랙)
/EPDM의
열화작용
CH3
(CH2CH2)
(CH2CH)
)
CH-CH 2
Crosslinked Rxn, EPDM-(-CH2-CH2-)(
)
EP DM-(-CH-CH 2-)Scission Rxn, EPDM-(CH2-CH-CH2)CH3
(
)
CH-CH 2Cl
CH-CH 2
EP DM
<EPDM제 패킹제품의 열화메카니즘>
- 수도수 중의 EPDM 패킹의 열화는 상온하에서 아주 천천히 진행되나 온도상승에 따라 열화가
가속화되어 단시간 내에 붕괴에 도달
42
KOTRIC
<수도용배관 패킹 고무제품의 수돗물에 의한 열화 원인규명>5
- 패킹 중의 카본블랙에 흡착된 염소이온은 EPDM과 가교, 산화반응을 쉽게 일으킴
- EPDM제 패킹제품 파괴의 직접적인 원인은 카본블랙(CB) 임으로 대체품으로써는
규산화합물(규산칼슘, 규산알루미늄), 합성규산염 등 화이트카본의 사용을 검토.
CB보다는 보강성은 약하나 활성점이 적기 때문에 제품의 수명연장이 기대 됨
대책방안
- CB첨가 제품과 화이트카본첨가 제품을 10개월동안 동일 조건에서 수돗물 중에서
필드실험을 실시한 결과 CB 첨가제품에서는 열화가 진행되었으나,
화이트카본 첨가제품에서는 열화진행의 현상이 발견되지 않음
- 보강제로의 화이트카본에 대한 검증 및 안전성에 대한 검토가 미진한 상태 임
43
KOTRIC
<전자부품에 불량원인을 일으키는 유기재료의 영향>1
고장내용
- PCB(Printed Circuit Board, 인쇄회로기판) 중의 리드 스위치가 갑자기 ON상태로
점등되는 접지결함이 발생
- OA기기나 정밀기기의 전자부품으로 고무/플라스틱 부품이 중요한 재료로 사용되고 있음
일반사항
- 인쇄회로기판(PCB)은 카메라, 액정모니터, PC 등 전자제품에는 필수적으로 사용되고 있음
- 결함은 하절기에 조립된 한정된 로트 내에서 발생
- 제품의 결함발생지역은 사용 중의 환경에 관계없이 지역적으로 랜덤하게 발생
- 리드스위치를 SEM으로 관찰한 결과 선단부로 부터 위스커(whisker)결정이 관측 됨
- SW선단부를 SEM-EDS를 사용해 표면원소분석을 실시한 결과 Ag와 S가 분석 됨
고무재 damper
현상분석
Ag재 리드스위치
전자부품 탑재 인쇄회로기판(PCB)
44
KOTRIC
<전자부품에 불량원인을 일으키는 유기재료의 영향>2
- XRD를 사용해 정성분석을 한 결과 결정의 존재형태가 AgS(황화은)로 분석
- SW 선단부의 AgS 위스커결정이 성장하여 전기적 스파크를 유발한 것으로 유추 분석 됨
현상분석
- 리드스위치는 높은 전도성이 요구되기 때문에 스위치의 선단부는 은으로 되어 있고,
Ag와 S는 반응성이 뛰어나 황화은으로 위스커를 만들어 결정성장을 일으킨 것으로 추정
- S가 제공된 원인은 방진고무로 사용된 천연 고무재의 댐퍼로 분석
- 천연고무는 성형가공시 물성조절을 위하여 S을 적정량 가하여 가황조작을 실시
- 가황고무의 조성성분을 비교하기 위해 에틸에테르를 사용해 속슬릿 추출 후 고무, CB,
보강재 등의 조성분석을 TGA를 이용해 분석한 결과 조성 상에는 차이가 없는 것으로 나타남
가황고무
의 열분석
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<전자부품에 불량원인을 일으키는 유기재료의 영향>3
- DSC로 측정하는 Tg점은 분자쇄가 리지드하게 되는 것만큼 Tg는 고온측으로 이동하게 되기
가황고무
의 열분석
때문에 고무의 가황정도에 따라 분자쇄가 리지드하게 되어 Tg는 상승하게됨
- DSC 측정결과 결함제품의 고무 damper의 Tg는 정상품 보다 낮게 나타났는데 이는 결함제품
의 가황도도 낮음을 나타냄
- 리드스위치가 갑자기 ON상태로 점등되는 접지결함의 직접적인 원인은 Ag리드 선에
유리황이 반응하여 위스커결정성장이 발생한데 기인하며, 황은 고무재 damper 중의
대책방안
유리황에 의하여 제공된 것으로 판명 됨
- 유리황의 발생은 고무재 damper의 성형가공 시 가황 부족에 의해 발생된 것으로 판단
- 방진고무의 유리황 발생을 억제하기 위해 성형시 완벽한 가황이 필요하며, 가황공정에
있어서 가황프레스기의 적정온도 및 온도분포 관리가 요구 됨
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KOTRIC
<전자부품에 불량원인을 일으키는 유기재료의 영향>4
고장내용
- 전자부품의 접점부위의 통전불량 때문에 전자제품이 작동하지 않는 고장 현상이 발생
- 리드스위치 본체 및 주변을 SEM으로 관찰한 결과 리드스위치 선단부로 부터
위스커(whisker)결정이 관측 됨
- 접점부위를 SEM-EDS로 분석한 결과 접점부위에 실리카(Si)가 부착되어 통전불량을
일으킨 것으로 분석됨
고장원인
분석
- 일반적으로 실리콘고무는 유기실록산을 근간으로 해 무기충진재로 실리카를 가하여
가교시킨 것으로, 실리카는 동일한 장소에 사용된 실리콘고무로부터 발생한 저분자
환상 실록산[(CH3)2SiO]n이 실리콘고무 표면으로부터 유리되어 주위의 접점부위에
부착해 통전불량을 발생
- 성형가공된 실리콘고무로부터 저분자량의 환상실록산을 검출하는 방법은 잘게자른
시편을 사염화탄소가 들어있는 바이알에 넣어 100시간 정도 실온에서 방치하여 추출액을
GC로 정성정량분석을 실시
- 정밀기기에 실리콘고무를 사용하는 경우에는 성형가공한 실리콘 고무제품을 80-100℃의
조건에서 폴리머의 열화가 생기지 않을 정도의 단시간 동안 가열 함으로서 실리콘고무로
대책방안
부터 저분자의 환상 실록산을 out-gas 방출원리로 제거 시킬 수 있음
- 따라서 현장의 기술자는 사용조건 등을 고려하여 고분자물질로 부터의 out gas (폴리머로
부터 방출되는 저분자물질이나 각좀 첨가제)를 고려해 유기재료 성형품의 설계 등에 반영
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고장원인규명을 위한 시스템구축의 필요성
제품은 수백가지 이상의 부품•소재로 구성된 집합체로
제품의 품질/수명은 가장 열악한 부품•소재에 의해 결정
고도의 분석데이터, 많은 시간 및 풍부한 이론구축을 통한 부품생산업체의 역량강화
기반기술 및 고급기술의 저변확대로 제품의 신뢰성 확보
부품•소재의 품질개선 및 세계일류상품의 개발을 지원하기 위한
종합적인 불량원인 규명 체제가 필요
LSI
액정 디스플레이
소형 리시버
고정 저항기
박층 사운더
IC
콘덴서
집적 모듈
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KOTRIC