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한국섬유공학회지 Vol 53 No 2 91-96httpdxdoiorg1012772TSE201653091

ISSN 1225-1089 (Print)

ISSN 2288-6419 (Online)

미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된 천연고무 컴파운드의 기계적 특성

함은광1 최경은2 서민강1dagger

1한국탄소융합기술원 2전주교육대학교 실과교육과

Mechanical Properties of Natural Rubber Compounds Reinforced with Milled Carbon Fibers and Carbon Blacks

Eun-Kwang Ham1 Kyeong-Eun Choi2 and Min-Kang Seo1dagger

1Korea Institute of Carbon Convergence Technology Jeonju 54853 Korea2Department of Practical Arts Education Jeonju National University of Education Jeonju 55101 Korea

1 서 론

천연고무는 점탄성 특성을 가지는 탄성체로서 탄화수소를 주성분으로 하는 천연 고분자 물질이다 천연고무는 플라스틱 재료에 비해 탄성력과 내굴곡특성이 우수하고 내열성 내후성에 취약하다는 단점을 가지고 있다[1minus4] 이와 같이 가황되지 않은 생고무는 그대로 사용하기에는 제한이있어서 가황제와 강화재를 첨가하여 기계적 특성과 마찰특성 등을 강화하여 사용되고 있으며 강화재의 종류에 따라다양한 특성을 나타낼 수 있다[5minus9] 고무의 강화재는 입자형태의 카본블랙 실리카 점토 탄산칼슘과 플레이크 형태의 그라파이트 단섬유 형태의 셀룰로스계 천연섬유 유리섬유 나일론 6 탄소섬유 등으로 용도에 맞게 강화되어 타이어 산업 방진용 고무 실링재 스포츠 용품레저 산업 등다양한 산업분야에서 사용되고 있으며[129minus14] 최근 개

인의 여가시간 증가와 건강에 대한 관심이 늘어남에 따라스포츠레저산업 용품의 시장규모가 확장되고 있고 특히탁구 라켓용 고무 근력운동용 고무밴드 해양스포츠 용품등에 활용되는 스포츠 고무용품의 고성능화가 요구되고 있다카본블랙은 생산량의 대부분이 고무의 강화재로 사용되고 그 제조 조건에 따라 다양한 입자크기 응집체 구조 표면 관능기 등의 성질을 갖는 것으로 알려져 있으며[15] 이러한 특징에 따라서 카본블랙으로 강화된 고무 복합재료는다양한 물리적 기계적 특성을 나타내며 카본블랙으로 강화된 고무는 인장강도 탄성률 인열강도 경도 등이 향상되며 또한 수명과 관련있는 마모 마찰 거동에도 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있어서 카본블랙으로 강화된 고무는 타이어 산업분야에서 가장 많이 사용되고 있으며[16minus18] 스포츠 용품 분야에서는 대표적으로 탁구 라켓용 고무의 탄성력을 강화할 목적으로 사용되고 있다

daggerCorresponding Author Min-Kang SeoE-mail seomk721kctechrekr

Received January 20 2016Revised February 19 2016Accepted March 21 2016

2016 The Korean Fiber Society

Abstract This study investigated the mechanical properties of natural rubber (NR) com-pounds reinforced with carbon black (CB) and milled carbon fiber (MCF) An internal mixerand a two-roll-mill were used to prepare natural rubber compounds using various MCFconcentrations (0 2 6 12 17 phr) and to align the MCF in the compounds The tensileproperties tearing strength and hardness of the compounds were measured The studyfound that compounds with 40 phr CB and 2 phr MCF had the highest tensile strengthCompounds with higher MCF concentrations had greater hardness and tensile stress(100 modulus~300 modulus) Compounds with 40 phr CB and 6 phr MCF were foundto have greater tearing strength These results were probably due to the fact that high elas-ticity MCF was used resulting in improved cohesion in the compounds

Keywords natural rubbers milled carbon fibers carbon blacks compounds mechanical prop-erties

92 함은광 최경은 서민강 Textile Science and Engineering 2016 53 91-96

탄소섬유는 높은 탄성률 인장강도 금속에 비해 가볍기때문에 금속을 대체할 신소재로 주목받고 있으며[1519] 스포츠 용품 분야에서 골프채의 샤프트 테니스 라켓 탁구라켓 등에 사용되어왔다 이와 같이 탄소섬유를 강화재로사용하여 많은 스포츠 용품들에 적용되어 개발되었지만 앞서 언급한 바와 같이 탄성력을 강화할 목적으로 카본블랙을 이용한 탁구 라켓용 고무가 상용화되고 있지만 카본블랙에 비해 고탄성인 탄소섬유를 첨가한 고기능성 탁구 라켓용 고무를 개발하는 연구는 전무한 실정이다일반적으로 카본블랙과 미분쇄 탄소섬유를 고무의 강화재로 첨가하였을 때 인장강도와 탄성력이 강화된다고 보고되는데[13] 단섬유 형태의 강화재는 종횡비가 크기 때문에고무의 탄성력 향상에 효과가 있으며[114] 이러한 연구 결과를 바탕으로 고탄성의 탄소섬유를 고무에 첨가한다면 탄소섬유를 이용하여 탄성력이 향상된 탁구 라켓용 고무 개발이 기대된다따라서 본 연구에서는 미분쇄 탄소섬유카본블랙천연고무 복합재료를 미분쇄 탄소섬유의 함량을 달리하여 제조하였으며 인장강도 100 300 모듈러스 인열강도 쇼아경도를 통해 기계적 특성을 고찰하고자 하였다

2 실 험

21 재 료본 연구에 사용된 고무는 천연고무(SVR10 Hoangdung

Co Vietnam)를 매트릭스로 사용하였고 강화재로는 160 microm미분쇄 탄소섬유(CF-LSMLD 160 Apply Carbon SA CoFrench)와 카본블랙(N330 OCI Co Korea)을 사용하였다비극성 용액으로 처리된 탄소재료를 고무 매트릭스에 첨가하였을 때 기계적 물성이 향상된다고 보고되고 있으며[1520] 본 연구에서 사용된 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙의 비극성 요소를 향상시켜 고무 매트릭스 내에서 분산력이 향상되도록 하기 위해 벤젠 용액으로 처리하여 사용하였다 가황제로는 황(sulfur Samchun Pure Chem CoKorea)을 사용하였고 가황촉진제는 N-cyclohexyl-2-

benzothiazolesulfenamide(CBS Tokyo Chemical IndustryCo Japan)를 사용하였고 다른 첨가제로는 산화아연(zincoxide) 스테아린산(stearic acid)을 사용하였다

22 시편 제조

미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료는40 phr 카본블랙과 0minus17 phr 미분쇄 탄소섬유를 첨가하여제작하였으며 각 샘플에 대한 배합조건은 Table 1과 같이하였다 복합재료의 제조과정은 Figure 1에 나타낸 바와 같이 인터널 믹서(internal mixer)를 이용한 1차 혼합gt 2축-롤-밀(two-roll-mill)을 이용한 2차 혼합gt가압 열압축기(hot press)을 이용한 가황 순으로 하였다 1차 혼합은 인터널 믹서에서 천연고무에 미분쇄 탄소섬유 카본블랙을 첨가하여 충분히 혼합한 후 가황첨가제와 가황제를 첨가하여 잘 분산되도록 혼합하였다 2차 혼합은 인터널 믹서에서 혼합된 컴파운드를 2축-롤-밀(회전속도 비 112)을 이용하여 미분쇄

Table 1 Formulas of materials (phr ndash parts per hundred of rubber)

SampleLoading (phr)

NR CBNR MCF2CBNR MCF6CBNR MCF12CBNR MCF17CBNRNatural rubber 100 100 100 100 100 100Carbon black 0 40 40 40 40 40Milled carbon fiber 0 0 2 6 12 17

Sulfur 2 2 2 2 2 2Zinc oxide 5 5 5 5 5 5Stearic acid 2 2 2 2 2 2CBS 3 3 3 3 3 3Process oil 5 5 5 5 5 5

Figure 1 Schematic of the manufacturing process of the NRcompounds

미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된 천연고무 컴파운드의 기계적 특성 93

탄소섬유의 방향을 제어하여 판상형태로 제작한 후 가압열압축기를 이용하여 성형 조건 150 oC의 온도에서 150 bar의 압력으로 성형하였다

23 기계적 물성 분석

미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료의 인장특성은 ASTM D 412 방법에 따라 실시하였으며 고무용시편절단기를 이용하여 아령형 시편을 제작하였고 만능시험기(universal testing machine LR5K Lloyd England)를 사용하여 크로스헤드 속도 500 mmmin에서 수행하였다 인장특성으로는 인장강도 신장률 탄성률 100 300 모듈러스를 측정하였으며 인장강도는 시편이 절단될때의 최대하중을 단면적으로 나눈 값으로 다음 식으로 계산하였다[1]

(1)

여기서 Tb는 인장강도(kgcm2) Fb는 시편이 파단되었을 때의 최대하중(kg) A는 시편의 초기 단면적(cm2)을 나타낸다 신장률은 시편이 파단될 때 표선이 늘어난 길이를 조사하여 다음 식으로 계산하였다

(2)

여기서 Eb는 파단신장률() L0는 초기길이 L1은 최종길이를 나타낸다 인열강도는 ASTM D 624 방법에 준하여 dieC 형태의 시편을 시편절단기를 이용하여 제작하여 만능시험기를 사용하여 크로스헤드 속도는 500 mmmin에서 수행하였다 경도는 Asker Durometer(Shore type A)를 사용하여 ASTM D 2240 방법에 준하여 측정하였다

24 모폴로지 특성

인장특성 실험후 미분쇄 섬유의 배향성을 측정하기 위해파단면을 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM field emissionscanning electron microscopy S-4800 Hitachi Japan)을 사용하였다

3 결과 및 고찰

31 기계적 물성 분석

인장강도 미분쇄 탄소섬유카본블랙 강화 천연고무 복합재료의 미분쇄 탄소섬유의 함량에 대한 인장-응력 결과를 Figure 2에 나타내었으며 인장강도와 신장률을 Figure3에 나타내었다 실험 결과 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 인장강도가 천연고무(NR)와 카본블랙강화 천연고무 복합재료(CBNR)에 비해증가되었으며 특히 MCF2CBNR의 인장강도가 236 MPa로 가장 높게 측정되었고 미분쇄 탄소섬유가 2 phr 이상첨가되었을 때 인장강도는 감소되었다 이는 2 phr까지 첨

가되었을 때 고무 매트릭스 내에서 미분쇄 탄소섬유가 카본블랙과 더불어 복합재료의 인장강도 향상에 영향을 주었으며 6 phr 부터 인장강도가 다소 감소된 것은 미분쇄탄소섬유의 함량이 증가되면서 복합재료 내에서의 고무분자간의 결합을 방해하고 인장 시편에 응력을 전달하지 못한 결과로 인장강도에 불리하게 작용하였기 때문이라고 판단된다[1]복합재료의 신장률은 미분쇄 탄소섬유의 함량이 증가됨에 따라 점차적으로 감소되었다 이는 복합재료의 매트릭스로 사용된 천연고무에 비해 상대적으로 탄성률이 큰 미분쇄 탄소섬유가 첨가되었기 때문이며 복합재료 내에서 미분쇄 탄소섬유의 함량 증가함에 따라서 복합재료의 강성은증가되었지만 신장률은 감소된 것으로 판단된다 또한 이러한 신장률의 감소는 경도의 증가와 탄성률 향상에 영향을 줄 것으로 예측된다

100 300 모듈러스 100 300 모듈러스는 인장시편이 100 300 신장되었을 때의 인장탄성률을 나타내며

Tb FbA=

Eb L1 L0ndash( )L0 100times=

Figure 2 Stress-strain curves of NR compounds with milled carbonfiber reinforcement

Figure 3 Tensile strength and elongation at rupture of NRcompounds with milled carbon fiber reinforcement

94 함은광 최경은 서민강 Textile Science and Engineering 2016 53 91-96

Figure 4는 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유 함량 증가에 따른 100300 모듈러스 측정 결과를 나타내었다 그 결과 복합재료에 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙이 첨가되면서 천연고무(NR)에 비해 100 300 모듈러스는 증가되었고 100 모듈러스 보다 300 모듈러스에서 높은 탄성률 값이 측정되었다 미분쇄 탄소섬유의 함량이 증가할수록 크게 증가되었으며 MCF17CBNR에서 100 300 모듈러스가 각각532 MPa 865 MPa로 가장 높게 측정되었다 이는 미분쇄탄소섬유의 첨가와 복합재료 제조과정에서 2축-롤-밀을 이용하여 탄소섬유 길이 방향으로 제어되었고 복합재료 내에종횡비가 큰 미분쇄 탄소섬유의 첨가로 인해 응력전달이잘 이루어졌다고 판단된다 또한 미분쇄 탄소섬유와 고무분자 간의 결합에 의해 탄성률이 향상되었고 고탄성의 미분쇄 탄소섬유의 존재때문이라고 판단되며 이러한 결과는일반적으로 단섬유로 강화된 복합재료의 인장탄성률의 결과와 일치한다[1]인열강도 손상된 고무는 약간의 외력에 의해서도 인열

(tearing)이 쉽게 일어날 수 있으며 이는 작은 균열에서 시작되어 일정한 방향으로 계속 진전되고 확대되기 때문이며 인열강도는 인열에 대한 저항성으로 인열 시편이 인열되기까지 최대 응력을 시편두께로 나눈 값이다[1] 미분쇄탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유의 함량에 따른 인열특성 그래프와 인열강도를 Figure 5에 나타내었다 실험 결과 미분쇄 탄소섬유의 함량이 6 phr까지 증가되었을 때 증가하였고 6 phr미분쇄 탄소섬유가 첨가된 복합재료의 인열강도가 7537Nmm로 가장 높게 측정되었으며 복합재료에 미분쇄 탄소섬유의 함량이 12 phr 이상 첨가되었을 때 미분쇄 탄소섬유를 첨가하지 않고 카본블랙만 첨가하였을 때 보다 인

열강도는 감소하였다 이는 미분쇄 탄소섬유가 6 phr까지증가되었을 때 복합재료 내에서 외부 하중에 의해 균열을일으키는 기공이 없이 균일하게 분산되어 인열시편의 초기균열 형성이 억제하여 인열강도가 증가하였지만 6 phr 이상 첨가되었을 때부터 미분쇄 탄소섬유 함량이 증가되어복합재료 내에서의 고무분자간의 결합을 방해하였고 따라서 인열 저항력이 낮아져 균열 형성을 도모하였기 때문이라고 판단된다[1]경 도 고무의 경도 시험은 고무의 탄성변형에 대한 저항능력을 알아보기 위한 것으로 쇼아경도 시험은 반발경도시험에 속한다 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 경도를 쇼아 A 방법으로 측정하였으며 그 결과를 Figure 6에 나타내었다 천연고무(NR)의 경도는 45 카본블랙강화 천연고무 복합재료(CBNR)는 6317 phr 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCF17CBNR)는 71로 가장 높게 측정되었다 이는 복합재료 내의 미분쇄 탄소섬유 함량 증가와 카본블랙이 첨가됨에 따라서 시편에 미분쇄 탄소섬유의 체적이 증가되며

Figure 4 100 and 300 modulus of NR compounds with milledcarbon fiber reinforcement

Figure 5 Tearing properties of NR compounds with milled carbonfiber reinforcement (a) relationship between force and extensionand (b) comparison of tearing strengths

미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된 천연고무 컴파운드의 기계적 특성 95

미분쇄 탄소섬유는 천연고무에 비해 강성이 크기 때문에복합재료에 첨가되었을 때 보강효과에 의해 경도가 증가되었다고 판단된다

32 파단면 특성 분석

미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유의 함량에 따른 파단측면을 SEM이미지를 통해 관찰한 결과를 Figure 7에 나타내었다 실험결과 미분쇄 탄소섬유의 함량이 증가함에 따라 탄소섬유의 밀도가 증가하였으며 섬유간의 거리가 비교적 일정하게

관찰되었기 때문에 고르게 분산되었다고 판단된다 또한미분쇄 탄소섬유가 수직방향으로 배향된 것이 관찰되었으며 이는 복합재료 제조시 2축-롤-밀을 이용하여 컴파운드를 판상(sheet) 형태로 제작할 때 롤러의 속도 차이에 의해발생되는 전단응력이 롤링 방향으로 가해지면서 미분쇄 탄소섬유가 정렬되었다고 판단된다

4 결 론

본 연구에서는 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된천연고무 복합재료의 미분쇄 탄소섬유 함량에 따른 기계적물성을 인장강도 100 300 모듈러스 인열강도 쇼아경도를 통해 고찰하였다 실험 결과 인장강도는 미분쇄 탄소섬유의 함량을 2 phr까지 첨가하였을 때 증가되었으며 미분쇄 탄소섬유의 함량이 점차 증가할수록 100 300 모듈러스와 쇼아경도가 증가되었다 또한 인열강도는 6 phr까지 첨가하였을 때 증가되었다 따라서 천연고무에 비표면적 특성이 좋은 카본블랙과 고탄성의 미분쇄 탄소섬유의 첨가는 복합재료의 탄성력 향상효과가 있음을 알 수 있었으며 주사현미경을 통해 복합재료의 배향성을 관찰한 결과로서 2축-롤-밀을 이용한 미분쇄 탄소섬유의 배향효과를 알 수 있었다 이러한 결과를 통해 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙의 함량 최적화가 인장강도 탄성력 인열강도가 향상된 복합재료를 제조할 수 있다고 판단된다

Figure 6 Hardness of the NR compounds with milled carbon fiberreinforcement

Figure 7 SEM images of the fractured surfaces of NR compounds with milled carbon fiber reinforcement (a) MCF2CBNR (b) MCF6CBNR (c) MCF12CBNR and (d) MCF17CBNR

96 함은광 최경은 서민강 Textile Science and Engineering 2016 53 91-96

감사의 글 본 연구는 광역경제권거점기관지원사업 탄소밸리구축 사업(탄소섬유카본블랙을 이용한 탄성력이 강화된 탁구 라켓용 러버 개발 R0003401)의 지원에 의하여 수행하였으며 이에 감사드립니다

References

1 Y S Cho and D H Cho ldquoEffect of Kenaf Fiber Loading onthe Properties of Natural FiberNatural Ruber CompositesrdquoElastomers Compos 2011 46 186minus194

2 B H Seo K H Kim and W H Kim ldquoPhysical Properties ofthe Silica-Reinforced Tire Tread Compounds by the IncreasedAmount of Vulcanization Agentsrdquo Elastomers Compos 201348 201minus208

3 J F Fu W Q Yu X Dong L Y Chen H S Jia L Y Shi Q DZhong and W Deng ldquoMechanical and Tribological Propertiesof Natural Rubber Reinforced with Carbon Blacks and Al2O3

Nanoparticlesrdquo Mater Des 2013 49 336minus3464 P Saramolee N Lopattananon and K Sahakaro ldquoPreparation

and Some Properties of Modified Natural Rubber BearingGrafted Poly(Methyl Methacrylate) and Epoxide Groupsrdquo EurPolym J 2014 56 1minus10

5 N Rattanasom S Prasertsri and T RuangritnumchaildquoComparison of the Mechanical Properties at Similar HardnessLevel of Natural Rubber Filled with Various Reinforcing-Fillersrdquo Polym Test 2009 28 8minus12

6 B Omnes S Thuillier P Pilvin Y Grohens and S GilletldquoEffective Properties of Carbon Black Filled Natural RubberExperiments and Modelingrdquo Compos A 2008 39 1141minus1149

7 A I Dacikj G B Gaceva S Rooj S Wiebner and GHeinrich ldquoFine Tuning of the Dynamic Mechanical Propertiesof Natural RubberCarbon Nanotube Nanocomposites byOrganically Modified Montmorillonite A First Step inObtaining High-Performance Damping Material Suitable forSeismic Applicationrdquo Appl Clay Sci 2015 118 99minus106

8 L L Wang L Q Zhang and M Tian ldquoMechanical andTribological Properties of Acrylonitrile-Butadiene RubberFilled with Graphite and Carbon Blackrdquo Mater Des 2012 39450minus457

9 D M Bielinski and A Stepkowska ldquoMechanical Propertiesand Friction of Rubber Vulcanizates Aspects of Crosslink

Structurerdquo Arch Civ Mech Eng 2013 13 192minus19810 N Rattanasom and S Prasertsri ldquoMechanical Properties Gas

Permeability and Cut Growth Behaviour of Natural RubberVulcanizates Influence of Clay Types and ClayCarbon BlackRatiosrdquo Polym Test 2012 31 645minus653

11 S M Hosseini and M R Kashani ldquoVulcanization Kinetics ofNano-Silica Filled Styrene Butadiene Rubberrdquo Polymer 201455 6426minus6434

12 Q Fang B Song T T Tee L T Sin D Hui and S T BeeldquoInvestigation of Dynamic Characteristics of Nano-SizeCalcium Carbonate Added in Natural Rubber VulcanizaterdquoCompos B 2014 60 561minus567

13 F Cataldo ldquoStudy on the Reinforcing Effect of Milled CarbonFibers in a Natural Rubber Based Compositerdquo J MacromolSci Part B Phys 2008 47 818minus828

14 S R Ryu and D J Lee ldquoEffects of Short-fiber Aspect Ratioand Diameter Ratio on Tensile Properties of ReinforcedRubberrdquo Compos Res 2003 16 18minus25

15 S J Park M K Seo M L Park and H Y Kim ldquoCarbonMaterialsrdquo Myoungmoon Co 2015 pp31minus202

16 C S Ryu C K Hong C W Moon and S Y Kang ldquoEffects ofParticle Size and Structure of Fillers on the Friction and WearBehavior of Filled Elastomerrdquo Elastomer 2006 41 194minus204

17 M Ahmadi and A Shojaei ldquoCure Kinetic and NetworkStructure of NRSBR Composites Reinforced by MultiwalledCarbon Nanotube and Carbon Blacksrdquo Thermochim Acta2013 566 238minus248

18 M C Li Y Zhang and U R Cho ldquoMechanical Thermal andFriction Properties of Rice Bran CarbonNitrile RubberComposites Influence of Particle Size and Loadingrdquo MaterDes 2014 63 565minus574

19 C Unterweger J Duchoslav D Stifter and C FurstldquoCharacterization of Carbon Fiber Surfaces and Their Impacton the Mechanical Properties of Short Carbon Fiber ReinforcedPolypropylene Compositesrdquo Compos Sci Technol 2015 10841minus47

20 C W Nah J M Rhee W D Kim S Y Kaang Y W Changand S J Park ldquoEffects of Chemical Surface Modification ofCarbon Black on Vulcanization and Mechanical Properties ofStyrene-Butadiene Rubber Compoundrdquo Elastomer 2001 3644minus51

92 함은광 최경은 서민강 Textile Science and Engineering 2016 53 91-96

탄소섬유는 높은 탄성률 인장강도 금속에 비해 가볍기때문에 금속을 대체할 신소재로 주목받고 있으며[1519] 스포츠 용품 분야에서 골프채의 샤프트 테니스 라켓 탁구라켓 등에 사용되어왔다 이와 같이 탄소섬유를 강화재로사용하여 많은 스포츠 용품들에 적용되어 개발되었지만 앞서 언급한 바와 같이 탄성력을 강화할 목적으로 카본블랙을 이용한 탁구 라켓용 고무가 상용화되고 있지만 카본블랙에 비해 고탄성인 탄소섬유를 첨가한 고기능성 탁구 라켓용 고무를 개발하는 연구는 전무한 실정이다일반적으로 카본블랙과 미분쇄 탄소섬유를 고무의 강화재로 첨가하였을 때 인장강도와 탄성력이 강화된다고 보고되는데[13] 단섬유 형태의 강화재는 종횡비가 크기 때문에고무의 탄성력 향상에 효과가 있으며[114] 이러한 연구 결과를 바탕으로 고탄성의 탄소섬유를 고무에 첨가한다면 탄소섬유를 이용하여 탄성력이 향상된 탁구 라켓용 고무 개발이 기대된다따라서 본 연구에서는 미분쇄 탄소섬유카본블랙천연고무 복합재료를 미분쇄 탄소섬유의 함량을 달리하여 제조하였으며 인장강도 100 300 모듈러스 인열강도 쇼아경도를 통해 기계적 특성을 고찰하고자 하였다

2 실 험

21 재 료본 연구에 사용된 고무는 천연고무(SVR10 Hoangdung

Co Vietnam)를 매트릭스로 사용하였고 강화재로는 160 microm미분쇄 탄소섬유(CF-LSMLD 160 Apply Carbon SA CoFrench)와 카본블랙(N330 OCI Co Korea)을 사용하였다비극성 용액으로 처리된 탄소재료를 고무 매트릭스에 첨가하였을 때 기계적 물성이 향상된다고 보고되고 있으며[1520] 본 연구에서 사용된 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙의 비극성 요소를 향상시켜 고무 매트릭스 내에서 분산력이 향상되도록 하기 위해 벤젠 용액으로 처리하여 사용하였다 가황제로는 황(sulfur Samchun Pure Chem CoKorea)을 사용하였고 가황촉진제는 N-cyclohexyl-2-

benzothiazolesulfenamide(CBS Tokyo Chemical IndustryCo Japan)를 사용하였고 다른 첨가제로는 산화아연(zincoxide) 스테아린산(stearic acid)을 사용하였다

22 시편 제조

미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료는40 phr 카본블랙과 0minus17 phr 미분쇄 탄소섬유를 첨가하여제작하였으며 각 샘플에 대한 배합조건은 Table 1과 같이하였다 복합재료의 제조과정은 Figure 1에 나타낸 바와 같이 인터널 믹서(internal mixer)를 이용한 1차 혼합gt 2축-롤-밀(two-roll-mill)을 이용한 2차 혼합gt가압 열압축기(hot press)을 이용한 가황 순으로 하였다 1차 혼합은 인터널 믹서에서 천연고무에 미분쇄 탄소섬유 카본블랙을 첨가하여 충분히 혼합한 후 가황첨가제와 가황제를 첨가하여 잘 분산되도록 혼합하였다 2차 혼합은 인터널 믹서에서 혼합된 컴파운드를 2축-롤-밀(회전속도 비 112)을 이용하여 미분쇄

Table 1 Formulas of materials (phr ndash parts per hundred of rubber)

SampleLoading (phr)

NR CBNR MCF2CBNR MCF6CBNR MCF12CBNR MCF17CBNRNatural rubber 100 100 100 100 100 100Carbon black 0 40 40 40 40 40Milled carbon fiber 0 0 2 6 12 17

Sulfur 2 2 2 2 2 2Zinc oxide 5 5 5 5 5 5Stearic acid 2 2 2 2 2 2CBS 3 3 3 3 3 3Process oil 5 5 5 5 5 5

Figure 1 Schematic of the manufacturing process of the NRcompounds

미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된 천연고무 컴파운드의 기계적 특성 93

탄소섬유의 방향을 제어하여 판상형태로 제작한 후 가압열압축기를 이용하여 성형 조건 150 oC의 온도에서 150 bar의 압력으로 성형하였다

23 기계적 물성 분석

미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료의 인장특성은 ASTM D 412 방법에 따라 실시하였으며 고무용시편절단기를 이용하여 아령형 시편을 제작하였고 만능시험기(universal testing machine LR5K Lloyd England)를 사용하여 크로스헤드 속도 500 mmmin에서 수행하였다 인장특성으로는 인장강도 신장률 탄성률 100 300 모듈러스를 측정하였으며 인장강도는 시편이 절단될때의 최대하중을 단면적으로 나눈 값으로 다음 식으로 계산하였다[1]

(1)

여기서 Tb는 인장강도(kgcm2) Fb는 시편이 파단되었을 때의 최대하중(kg) A는 시편의 초기 단면적(cm2)을 나타낸다 신장률은 시편이 파단될 때 표선이 늘어난 길이를 조사하여 다음 식으로 계산하였다

(2)

여기서 Eb는 파단신장률() L0는 초기길이 L1은 최종길이를 나타낸다 인열강도는 ASTM D 624 방법에 준하여 dieC 형태의 시편을 시편절단기를 이용하여 제작하여 만능시험기를 사용하여 크로스헤드 속도는 500 mmmin에서 수행하였다 경도는 Asker Durometer(Shore type A)를 사용하여 ASTM D 2240 방법에 준하여 측정하였다

24 모폴로지 특성

인장특성 실험후 미분쇄 섬유의 배향성을 측정하기 위해파단면을 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM field emissionscanning electron microscopy S-4800 Hitachi Japan)을 사용하였다

3 결과 및 고찰

31 기계적 물성 분석

인장강도 미분쇄 탄소섬유카본블랙 강화 천연고무 복합재료의 미분쇄 탄소섬유의 함량에 대한 인장-응력 결과를 Figure 2에 나타내었으며 인장강도와 신장률을 Figure3에 나타내었다 실험 결과 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 인장강도가 천연고무(NR)와 카본블랙강화 천연고무 복합재료(CBNR)에 비해증가되었으며 특히 MCF2CBNR의 인장강도가 236 MPa로 가장 높게 측정되었고 미분쇄 탄소섬유가 2 phr 이상첨가되었을 때 인장강도는 감소되었다 이는 2 phr까지 첨

가되었을 때 고무 매트릭스 내에서 미분쇄 탄소섬유가 카본블랙과 더불어 복합재료의 인장강도 향상에 영향을 주었으며 6 phr 부터 인장강도가 다소 감소된 것은 미분쇄탄소섬유의 함량이 증가되면서 복합재료 내에서의 고무분자간의 결합을 방해하고 인장 시편에 응력을 전달하지 못한 결과로 인장강도에 불리하게 작용하였기 때문이라고 판단된다[1]복합재료의 신장률은 미분쇄 탄소섬유의 함량이 증가됨에 따라 점차적으로 감소되었다 이는 복합재료의 매트릭스로 사용된 천연고무에 비해 상대적으로 탄성률이 큰 미분쇄 탄소섬유가 첨가되었기 때문이며 복합재료 내에서 미분쇄 탄소섬유의 함량 증가함에 따라서 복합재료의 강성은증가되었지만 신장률은 감소된 것으로 판단된다 또한 이러한 신장률의 감소는 경도의 증가와 탄성률 향상에 영향을 줄 것으로 예측된다

100 300 모듈러스 100 300 모듈러스는 인장시편이 100 300 신장되었을 때의 인장탄성률을 나타내며

Tb FbA=

Eb L1 L0ndash( )L0 100times=

Figure 2 Stress-strain curves of NR compounds with milled carbonfiber reinforcement

Figure 3 Tensile strength and elongation at rupture of NRcompounds with milled carbon fiber reinforcement

94 함은광 최경은 서민강 Textile Science and Engineering 2016 53 91-96

Figure 4는 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유 함량 증가에 따른 100300 모듈러스 측정 결과를 나타내었다 그 결과 복합재료에 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙이 첨가되면서 천연고무(NR)에 비해 100 300 모듈러스는 증가되었고 100 모듈러스 보다 300 모듈러스에서 높은 탄성률 값이 측정되었다 미분쇄 탄소섬유의 함량이 증가할수록 크게 증가되었으며 MCF17CBNR에서 100 300 모듈러스가 각각532 MPa 865 MPa로 가장 높게 측정되었다 이는 미분쇄탄소섬유의 첨가와 복합재료 제조과정에서 2축-롤-밀을 이용하여 탄소섬유 길이 방향으로 제어되었고 복합재료 내에종횡비가 큰 미분쇄 탄소섬유의 첨가로 인해 응력전달이잘 이루어졌다고 판단된다 또한 미분쇄 탄소섬유와 고무분자 간의 결합에 의해 탄성률이 향상되었고 고탄성의 미분쇄 탄소섬유의 존재때문이라고 판단되며 이러한 결과는일반적으로 단섬유로 강화된 복합재료의 인장탄성률의 결과와 일치한다[1]인열강도 손상된 고무는 약간의 외력에 의해서도 인열

(tearing)이 쉽게 일어날 수 있으며 이는 작은 균열에서 시작되어 일정한 방향으로 계속 진전되고 확대되기 때문이며 인열강도는 인열에 대한 저항성으로 인열 시편이 인열되기까지 최대 응력을 시편두께로 나눈 값이다[1] 미분쇄탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유의 함량에 따른 인열특성 그래프와 인열강도를 Figure 5에 나타내었다 실험 결과 미분쇄 탄소섬유의 함량이 6 phr까지 증가되었을 때 증가하였고 6 phr미분쇄 탄소섬유가 첨가된 복합재료의 인열강도가 7537Nmm로 가장 높게 측정되었으며 복합재료에 미분쇄 탄소섬유의 함량이 12 phr 이상 첨가되었을 때 미분쇄 탄소섬유를 첨가하지 않고 카본블랙만 첨가하였을 때 보다 인

열강도는 감소하였다 이는 미분쇄 탄소섬유가 6 phr까지증가되었을 때 복합재료 내에서 외부 하중에 의해 균열을일으키는 기공이 없이 균일하게 분산되어 인열시편의 초기균열 형성이 억제하여 인열강도가 증가하였지만 6 phr 이상 첨가되었을 때부터 미분쇄 탄소섬유 함량이 증가되어복합재료 내에서의 고무분자간의 결합을 방해하였고 따라서 인열 저항력이 낮아져 균열 형성을 도모하였기 때문이라고 판단된다[1]경 도 고무의 경도 시험은 고무의 탄성변형에 대한 저항능력을 알아보기 위한 것으로 쇼아경도 시험은 반발경도시험에 속한다 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 경도를 쇼아 A 방법으로 측정하였으며 그 결과를 Figure 6에 나타내었다 천연고무(NR)의 경도는 45 카본블랙강화 천연고무 복합재료(CBNR)는 6317 phr 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCF17CBNR)는 71로 가장 높게 측정되었다 이는 복합재료 내의 미분쇄 탄소섬유 함량 증가와 카본블랙이 첨가됨에 따라서 시편에 미분쇄 탄소섬유의 체적이 증가되며

Figure 4 100 and 300 modulus of NR compounds with milledcarbon fiber reinforcement

Figure 5 Tearing properties of NR compounds with milled carbonfiber reinforcement (a) relationship between force and extensionand (b) comparison of tearing strengths

미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된 천연고무 컴파운드의 기계적 특성 95

미분쇄 탄소섬유는 천연고무에 비해 강성이 크기 때문에복합재료에 첨가되었을 때 보강효과에 의해 경도가 증가되었다고 판단된다

32 파단면 특성 분석

미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유의 함량에 따른 파단측면을 SEM이미지를 통해 관찰한 결과를 Figure 7에 나타내었다 실험결과 미분쇄 탄소섬유의 함량이 증가함에 따라 탄소섬유의 밀도가 증가하였으며 섬유간의 거리가 비교적 일정하게

관찰되었기 때문에 고르게 분산되었다고 판단된다 또한미분쇄 탄소섬유가 수직방향으로 배향된 것이 관찰되었으며 이는 복합재료 제조시 2축-롤-밀을 이용하여 컴파운드를 판상(sheet) 형태로 제작할 때 롤러의 속도 차이에 의해발생되는 전단응력이 롤링 방향으로 가해지면서 미분쇄 탄소섬유가 정렬되었다고 판단된다

4 결 론

본 연구에서는 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된천연고무 복합재료의 미분쇄 탄소섬유 함량에 따른 기계적물성을 인장강도 100 300 모듈러스 인열강도 쇼아경도를 통해 고찰하였다 실험 결과 인장강도는 미분쇄 탄소섬유의 함량을 2 phr까지 첨가하였을 때 증가되었으며 미분쇄 탄소섬유의 함량이 점차 증가할수록 100 300 모듈러스와 쇼아경도가 증가되었다 또한 인열강도는 6 phr까지 첨가하였을 때 증가되었다 따라서 천연고무에 비표면적 특성이 좋은 카본블랙과 고탄성의 미분쇄 탄소섬유의 첨가는 복합재료의 탄성력 향상효과가 있음을 알 수 있었으며 주사현미경을 통해 복합재료의 배향성을 관찰한 결과로서 2축-롤-밀을 이용한 미분쇄 탄소섬유의 배향효과를 알 수 있었다 이러한 결과를 통해 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙의 함량 최적화가 인장강도 탄성력 인열강도가 향상된 복합재료를 제조할 수 있다고 판단된다

Figure 6 Hardness of the NR compounds with milled carbon fiberreinforcement

Figure 7 SEM images of the fractured surfaces of NR compounds with milled carbon fiber reinforcement (a) MCF2CBNR (b) MCF6CBNR (c) MCF12CBNR and (d) MCF17CBNR

96 함은광 최경은 서민강 Textile Science and Engineering 2016 53 91-96

감사의 글 본 연구는 광역경제권거점기관지원사업 탄소밸리구축 사업(탄소섬유카본블랙을 이용한 탄성력이 강화된 탁구 라켓용 러버 개발 R0003401)의 지원에 의하여 수행하였으며 이에 감사드립니다

References

1 Y S Cho and D H Cho ldquoEffect of Kenaf Fiber Loading onthe Properties of Natural FiberNatural Ruber CompositesrdquoElastomers Compos 2011 46 186minus194

2 B H Seo K H Kim and W H Kim ldquoPhysical Properties ofthe Silica-Reinforced Tire Tread Compounds by the IncreasedAmount of Vulcanization Agentsrdquo Elastomers Compos 201348 201minus208

3 J F Fu W Q Yu X Dong L Y Chen H S Jia L Y Shi Q DZhong and W Deng ldquoMechanical and Tribological Propertiesof Natural Rubber Reinforced with Carbon Blacks and Al2O3

Nanoparticlesrdquo Mater Des 2013 49 336minus3464 P Saramolee N Lopattananon and K Sahakaro ldquoPreparation

and Some Properties of Modified Natural Rubber BearingGrafted Poly(Methyl Methacrylate) and Epoxide Groupsrdquo EurPolym J 2014 56 1minus10

5 N Rattanasom S Prasertsri and T RuangritnumchaildquoComparison of the Mechanical Properties at Similar HardnessLevel of Natural Rubber Filled with Various Reinforcing-Fillersrdquo Polym Test 2009 28 8minus12

6 B Omnes S Thuillier P Pilvin Y Grohens and S GilletldquoEffective Properties of Carbon Black Filled Natural RubberExperiments and Modelingrdquo Compos A 2008 39 1141minus1149

7 A I Dacikj G B Gaceva S Rooj S Wiebner and GHeinrich ldquoFine Tuning of the Dynamic Mechanical Propertiesof Natural RubberCarbon Nanotube Nanocomposites byOrganically Modified Montmorillonite A First Step inObtaining High-Performance Damping Material Suitable forSeismic Applicationrdquo Appl Clay Sci 2015 118 99minus106

8 L L Wang L Q Zhang and M Tian ldquoMechanical andTribological Properties of Acrylonitrile-Butadiene RubberFilled with Graphite and Carbon Blackrdquo Mater Des 2012 39450minus457

9 D M Bielinski and A Stepkowska ldquoMechanical Propertiesand Friction of Rubber Vulcanizates Aspects of Crosslink

Structurerdquo Arch Civ Mech Eng 2013 13 192minus19810 N Rattanasom and S Prasertsri ldquoMechanical Properties Gas

Permeability and Cut Growth Behaviour of Natural RubberVulcanizates Influence of Clay Types and ClayCarbon BlackRatiosrdquo Polym Test 2012 31 645minus653

11 S M Hosseini and M R Kashani ldquoVulcanization Kinetics ofNano-Silica Filled Styrene Butadiene Rubberrdquo Polymer 201455 6426minus6434

12 Q Fang B Song T T Tee L T Sin D Hui and S T BeeldquoInvestigation of Dynamic Characteristics of Nano-SizeCalcium Carbonate Added in Natural Rubber VulcanizaterdquoCompos B 2014 60 561minus567

13 F Cataldo ldquoStudy on the Reinforcing Effect of Milled CarbonFibers in a Natural Rubber Based Compositerdquo J MacromolSci Part B Phys 2008 47 818minus828

14 S R Ryu and D J Lee ldquoEffects of Short-fiber Aspect Ratioand Diameter Ratio on Tensile Properties of ReinforcedRubberrdquo Compos Res 2003 16 18minus25

15 S J Park M K Seo M L Park and H Y Kim ldquoCarbonMaterialsrdquo Myoungmoon Co 2015 pp31minus202

16 C S Ryu C K Hong C W Moon and S Y Kang ldquoEffects ofParticle Size and Structure of Fillers on the Friction and WearBehavior of Filled Elastomerrdquo Elastomer 2006 41 194minus204

17 M Ahmadi and A Shojaei ldquoCure Kinetic and NetworkStructure of NRSBR Composites Reinforced by MultiwalledCarbon Nanotube and Carbon Blacksrdquo Thermochim Acta2013 566 238minus248

18 M C Li Y Zhang and U R Cho ldquoMechanical Thermal andFriction Properties of Rice Bran CarbonNitrile RubberComposites Influence of Particle Size and Loadingrdquo MaterDes 2014 63 565minus574

19 C Unterweger J Duchoslav D Stifter and C FurstldquoCharacterization of Carbon Fiber Surfaces and Their Impacton the Mechanical Properties of Short Carbon Fiber ReinforcedPolypropylene Compositesrdquo Compos Sci Technol 2015 10841minus47

20 C W Nah J M Rhee W D Kim S Y Kaang Y W Changand S J Park ldquoEffects of Chemical Surface Modification ofCarbon Black on Vulcanization and Mechanical Properties ofStyrene-Butadiene Rubber Compoundrdquo Elastomer 2001 3644minus51

미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된 천연고무 컴파운드의 기계적 특성 93

탄소섬유의 방향을 제어하여 판상형태로 제작한 후 가압열압축기를 이용하여 성형 조건 150 oC의 온도에서 150 bar의 압력으로 성형하였다

23 기계적 물성 분석

미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료의 인장특성은 ASTM D 412 방법에 따라 실시하였으며 고무용시편절단기를 이용하여 아령형 시편을 제작하였고 만능시험기(universal testing machine LR5K Lloyd England)를 사용하여 크로스헤드 속도 500 mmmin에서 수행하였다 인장특성으로는 인장강도 신장률 탄성률 100 300 모듈러스를 측정하였으며 인장강도는 시편이 절단될때의 최대하중을 단면적으로 나눈 값으로 다음 식으로 계산하였다[1]

(1)

여기서 Tb는 인장강도(kgcm2) Fb는 시편이 파단되었을 때의 최대하중(kg) A는 시편의 초기 단면적(cm2)을 나타낸다 신장률은 시편이 파단될 때 표선이 늘어난 길이를 조사하여 다음 식으로 계산하였다

(2)

여기서 Eb는 파단신장률() L0는 초기길이 L1은 최종길이를 나타낸다 인열강도는 ASTM D 624 방법에 준하여 dieC 형태의 시편을 시편절단기를 이용하여 제작하여 만능시험기를 사용하여 크로스헤드 속도는 500 mmmin에서 수행하였다 경도는 Asker Durometer(Shore type A)를 사용하여 ASTM D 2240 방법에 준하여 측정하였다

24 모폴로지 특성

인장특성 실험후 미분쇄 섬유의 배향성을 측정하기 위해파단면을 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM field emissionscanning electron microscopy S-4800 Hitachi Japan)을 사용하였다

3 결과 및 고찰

31 기계적 물성 분석

인장강도 미분쇄 탄소섬유카본블랙 강화 천연고무 복합재료의 미분쇄 탄소섬유의 함량에 대한 인장-응력 결과를 Figure 2에 나타내었으며 인장강도와 신장률을 Figure3에 나타내었다 실험 결과 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 인장강도가 천연고무(NR)와 카본블랙강화 천연고무 복합재료(CBNR)에 비해증가되었으며 특히 MCF2CBNR의 인장강도가 236 MPa로 가장 높게 측정되었고 미분쇄 탄소섬유가 2 phr 이상첨가되었을 때 인장강도는 감소되었다 이는 2 phr까지 첨

가되었을 때 고무 매트릭스 내에서 미분쇄 탄소섬유가 카본블랙과 더불어 복합재료의 인장강도 향상에 영향을 주었으며 6 phr 부터 인장강도가 다소 감소된 것은 미분쇄탄소섬유의 함량이 증가되면서 복합재료 내에서의 고무분자간의 결합을 방해하고 인장 시편에 응력을 전달하지 못한 결과로 인장강도에 불리하게 작용하였기 때문이라고 판단된다[1]복합재료의 신장률은 미분쇄 탄소섬유의 함량이 증가됨에 따라 점차적으로 감소되었다 이는 복합재료의 매트릭스로 사용된 천연고무에 비해 상대적으로 탄성률이 큰 미분쇄 탄소섬유가 첨가되었기 때문이며 복합재료 내에서 미분쇄 탄소섬유의 함량 증가함에 따라서 복합재료의 강성은증가되었지만 신장률은 감소된 것으로 판단된다 또한 이러한 신장률의 감소는 경도의 증가와 탄성률 향상에 영향을 줄 것으로 예측된다

100 300 모듈러스 100 300 모듈러스는 인장시편이 100 300 신장되었을 때의 인장탄성률을 나타내며

Tb FbA=

Eb L1 L0ndash( )L0 100times=

Figure 2 Stress-strain curves of NR compounds with milled carbonfiber reinforcement

Figure 3 Tensile strength and elongation at rupture of NRcompounds with milled carbon fiber reinforcement

94 함은광 최경은 서민강 Textile Science and Engineering 2016 53 91-96

Figure 4는 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유 함량 증가에 따른 100300 모듈러스 측정 결과를 나타내었다 그 결과 복합재료에 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙이 첨가되면서 천연고무(NR)에 비해 100 300 모듈러스는 증가되었고 100 모듈러스 보다 300 모듈러스에서 높은 탄성률 값이 측정되었다 미분쇄 탄소섬유의 함량이 증가할수록 크게 증가되었으며 MCF17CBNR에서 100 300 모듈러스가 각각532 MPa 865 MPa로 가장 높게 측정되었다 이는 미분쇄탄소섬유의 첨가와 복합재료 제조과정에서 2축-롤-밀을 이용하여 탄소섬유 길이 방향으로 제어되었고 복합재료 내에종횡비가 큰 미분쇄 탄소섬유의 첨가로 인해 응력전달이잘 이루어졌다고 판단된다 또한 미분쇄 탄소섬유와 고무분자 간의 결합에 의해 탄성률이 향상되었고 고탄성의 미분쇄 탄소섬유의 존재때문이라고 판단되며 이러한 결과는일반적으로 단섬유로 강화된 복합재료의 인장탄성률의 결과와 일치한다[1]인열강도 손상된 고무는 약간의 외력에 의해서도 인열

(tearing)이 쉽게 일어날 수 있으며 이는 작은 균열에서 시작되어 일정한 방향으로 계속 진전되고 확대되기 때문이며 인열강도는 인열에 대한 저항성으로 인열 시편이 인열되기까지 최대 응력을 시편두께로 나눈 값이다[1] 미분쇄탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유의 함량에 따른 인열특성 그래프와 인열강도를 Figure 5에 나타내었다 실험 결과 미분쇄 탄소섬유의 함량이 6 phr까지 증가되었을 때 증가하였고 6 phr미분쇄 탄소섬유가 첨가된 복합재료의 인열강도가 7537Nmm로 가장 높게 측정되었으며 복합재료에 미분쇄 탄소섬유의 함량이 12 phr 이상 첨가되었을 때 미분쇄 탄소섬유를 첨가하지 않고 카본블랙만 첨가하였을 때 보다 인

열강도는 감소하였다 이는 미분쇄 탄소섬유가 6 phr까지증가되었을 때 복합재료 내에서 외부 하중에 의해 균열을일으키는 기공이 없이 균일하게 분산되어 인열시편의 초기균열 형성이 억제하여 인열강도가 증가하였지만 6 phr 이상 첨가되었을 때부터 미분쇄 탄소섬유 함량이 증가되어복합재료 내에서의 고무분자간의 결합을 방해하였고 따라서 인열 저항력이 낮아져 균열 형성을 도모하였기 때문이라고 판단된다[1]경 도 고무의 경도 시험은 고무의 탄성변형에 대한 저항능력을 알아보기 위한 것으로 쇼아경도 시험은 반발경도시험에 속한다 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 경도를 쇼아 A 방법으로 측정하였으며 그 결과를 Figure 6에 나타내었다 천연고무(NR)의 경도는 45 카본블랙강화 천연고무 복합재료(CBNR)는 6317 phr 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCF17CBNR)는 71로 가장 높게 측정되었다 이는 복합재료 내의 미분쇄 탄소섬유 함량 증가와 카본블랙이 첨가됨에 따라서 시편에 미분쇄 탄소섬유의 체적이 증가되며

Figure 4 100 and 300 modulus of NR compounds with milledcarbon fiber reinforcement

Figure 5 Tearing properties of NR compounds with milled carbonfiber reinforcement (a) relationship between force and extensionand (b) comparison of tearing strengths

미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된 천연고무 컴파운드의 기계적 특성 95

미분쇄 탄소섬유는 천연고무에 비해 강성이 크기 때문에복합재료에 첨가되었을 때 보강효과에 의해 경도가 증가되었다고 판단된다

32 파단면 특성 분석

미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유의 함량에 따른 파단측면을 SEM이미지를 통해 관찰한 결과를 Figure 7에 나타내었다 실험결과 미분쇄 탄소섬유의 함량이 증가함에 따라 탄소섬유의 밀도가 증가하였으며 섬유간의 거리가 비교적 일정하게

관찰되었기 때문에 고르게 분산되었다고 판단된다 또한미분쇄 탄소섬유가 수직방향으로 배향된 것이 관찰되었으며 이는 복합재료 제조시 2축-롤-밀을 이용하여 컴파운드를 판상(sheet) 형태로 제작할 때 롤러의 속도 차이에 의해발생되는 전단응력이 롤링 방향으로 가해지면서 미분쇄 탄소섬유가 정렬되었다고 판단된다

4 결 론

본 연구에서는 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된천연고무 복합재료의 미분쇄 탄소섬유 함량에 따른 기계적물성을 인장강도 100 300 모듈러스 인열강도 쇼아경도를 통해 고찰하였다 실험 결과 인장강도는 미분쇄 탄소섬유의 함량을 2 phr까지 첨가하였을 때 증가되었으며 미분쇄 탄소섬유의 함량이 점차 증가할수록 100 300 모듈러스와 쇼아경도가 증가되었다 또한 인열강도는 6 phr까지 첨가하였을 때 증가되었다 따라서 천연고무에 비표면적 특성이 좋은 카본블랙과 고탄성의 미분쇄 탄소섬유의 첨가는 복합재료의 탄성력 향상효과가 있음을 알 수 있었으며 주사현미경을 통해 복합재료의 배향성을 관찰한 결과로서 2축-롤-밀을 이용한 미분쇄 탄소섬유의 배향효과를 알 수 있었다 이러한 결과를 통해 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙의 함량 최적화가 인장강도 탄성력 인열강도가 향상된 복합재료를 제조할 수 있다고 판단된다

Figure 6 Hardness of the NR compounds with milled carbon fiberreinforcement

Figure 7 SEM images of the fractured surfaces of NR compounds with milled carbon fiber reinforcement (a) MCF2CBNR (b) MCF6CBNR (c) MCF12CBNR and (d) MCF17CBNR

96 함은광 최경은 서민강 Textile Science and Engineering 2016 53 91-96

감사의 글 본 연구는 광역경제권거점기관지원사업 탄소밸리구축 사업(탄소섬유카본블랙을 이용한 탄성력이 강화된 탁구 라켓용 러버 개발 R0003401)의 지원에 의하여 수행하였으며 이에 감사드립니다

References

1 Y S Cho and D H Cho ldquoEffect of Kenaf Fiber Loading onthe Properties of Natural FiberNatural Ruber CompositesrdquoElastomers Compos 2011 46 186minus194

2 B H Seo K H Kim and W H Kim ldquoPhysical Properties ofthe Silica-Reinforced Tire Tread Compounds by the IncreasedAmount of Vulcanization Agentsrdquo Elastomers Compos 201348 201minus208

3 J F Fu W Q Yu X Dong L Y Chen H S Jia L Y Shi Q DZhong and W Deng ldquoMechanical and Tribological Propertiesof Natural Rubber Reinforced with Carbon Blacks and Al2O3

Nanoparticlesrdquo Mater Des 2013 49 336minus3464 P Saramolee N Lopattananon and K Sahakaro ldquoPreparation

and Some Properties of Modified Natural Rubber BearingGrafted Poly(Methyl Methacrylate) and Epoxide Groupsrdquo EurPolym J 2014 56 1minus10

5 N Rattanasom S Prasertsri and T RuangritnumchaildquoComparison of the Mechanical Properties at Similar HardnessLevel of Natural Rubber Filled with Various Reinforcing-Fillersrdquo Polym Test 2009 28 8minus12

6 B Omnes S Thuillier P Pilvin Y Grohens and S GilletldquoEffective Properties of Carbon Black Filled Natural RubberExperiments and Modelingrdquo Compos A 2008 39 1141minus1149

7 A I Dacikj G B Gaceva S Rooj S Wiebner and GHeinrich ldquoFine Tuning of the Dynamic Mechanical Propertiesof Natural RubberCarbon Nanotube Nanocomposites byOrganically Modified Montmorillonite A First Step inObtaining High-Performance Damping Material Suitable forSeismic Applicationrdquo Appl Clay Sci 2015 118 99minus106

8 L L Wang L Q Zhang and M Tian ldquoMechanical andTribological Properties of Acrylonitrile-Butadiene RubberFilled with Graphite and Carbon Blackrdquo Mater Des 2012 39450minus457

9 D M Bielinski and A Stepkowska ldquoMechanical Propertiesand Friction of Rubber Vulcanizates Aspects of Crosslink

Structurerdquo Arch Civ Mech Eng 2013 13 192minus19810 N Rattanasom and S Prasertsri ldquoMechanical Properties Gas

Permeability and Cut Growth Behaviour of Natural RubberVulcanizates Influence of Clay Types and ClayCarbon BlackRatiosrdquo Polym Test 2012 31 645minus653

11 S M Hosseini and M R Kashani ldquoVulcanization Kinetics ofNano-Silica Filled Styrene Butadiene Rubberrdquo Polymer 201455 6426minus6434

12 Q Fang B Song T T Tee L T Sin D Hui and S T BeeldquoInvestigation of Dynamic Characteristics of Nano-SizeCalcium Carbonate Added in Natural Rubber VulcanizaterdquoCompos B 2014 60 561minus567

13 F Cataldo ldquoStudy on the Reinforcing Effect of Milled CarbonFibers in a Natural Rubber Based Compositerdquo J MacromolSci Part B Phys 2008 47 818minus828

14 S R Ryu and D J Lee ldquoEffects of Short-fiber Aspect Ratioand Diameter Ratio on Tensile Properties of ReinforcedRubberrdquo Compos Res 2003 16 18minus25

15 S J Park M K Seo M L Park and H Y Kim ldquoCarbonMaterialsrdquo Myoungmoon Co 2015 pp31minus202

16 C S Ryu C K Hong C W Moon and S Y Kang ldquoEffects ofParticle Size and Structure of Fillers on the Friction and WearBehavior of Filled Elastomerrdquo Elastomer 2006 41 194minus204

17 M Ahmadi and A Shojaei ldquoCure Kinetic and NetworkStructure of NRSBR Composites Reinforced by MultiwalledCarbon Nanotube and Carbon Blacksrdquo Thermochim Acta2013 566 238minus248

18 M C Li Y Zhang and U R Cho ldquoMechanical Thermal andFriction Properties of Rice Bran CarbonNitrile RubberComposites Influence of Particle Size and Loadingrdquo MaterDes 2014 63 565minus574

19 C Unterweger J Duchoslav D Stifter and C FurstldquoCharacterization of Carbon Fiber Surfaces and Their Impacton the Mechanical Properties of Short Carbon Fiber ReinforcedPolypropylene Compositesrdquo Compos Sci Technol 2015 10841minus47

20 C W Nah J M Rhee W D Kim S Y Kaang Y W Changand S J Park ldquoEffects of Chemical Surface Modification ofCarbon Black on Vulcanization and Mechanical Properties ofStyrene-Butadiene Rubber Compoundrdquo Elastomer 2001 3644minus51

94 함은광 최경은 서민강 Textile Science and Engineering 2016 53 91-96

Figure 4는 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유 함량 증가에 따른 100300 모듈러스 측정 결과를 나타내었다 그 결과 복합재료에 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙이 첨가되면서 천연고무(NR)에 비해 100 300 모듈러스는 증가되었고 100 모듈러스 보다 300 모듈러스에서 높은 탄성률 값이 측정되었다 미분쇄 탄소섬유의 함량이 증가할수록 크게 증가되었으며 MCF17CBNR에서 100 300 모듈러스가 각각532 MPa 865 MPa로 가장 높게 측정되었다 이는 미분쇄탄소섬유의 첨가와 복합재료 제조과정에서 2축-롤-밀을 이용하여 탄소섬유 길이 방향으로 제어되었고 복합재료 내에종횡비가 큰 미분쇄 탄소섬유의 첨가로 인해 응력전달이잘 이루어졌다고 판단된다 또한 미분쇄 탄소섬유와 고무분자 간의 결합에 의해 탄성률이 향상되었고 고탄성의 미분쇄 탄소섬유의 존재때문이라고 판단되며 이러한 결과는일반적으로 단섬유로 강화된 복합재료의 인장탄성률의 결과와 일치한다[1]인열강도 손상된 고무는 약간의 외력에 의해서도 인열

(tearing)이 쉽게 일어날 수 있으며 이는 작은 균열에서 시작되어 일정한 방향으로 계속 진전되고 확대되기 때문이며 인열강도는 인열에 대한 저항성으로 인열 시편이 인열되기까지 최대 응력을 시편두께로 나눈 값이다[1] 미분쇄탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유의 함량에 따른 인열특성 그래프와 인열강도를 Figure 5에 나타내었다 실험 결과 미분쇄 탄소섬유의 함량이 6 phr까지 증가되었을 때 증가하였고 6 phr미분쇄 탄소섬유가 첨가된 복합재료의 인열강도가 7537Nmm로 가장 높게 측정되었으며 복합재료에 미분쇄 탄소섬유의 함량이 12 phr 이상 첨가되었을 때 미분쇄 탄소섬유를 첨가하지 않고 카본블랙만 첨가하였을 때 보다 인

열강도는 감소하였다 이는 미분쇄 탄소섬유가 6 phr까지증가되었을 때 복합재료 내에서 외부 하중에 의해 균열을일으키는 기공이 없이 균일하게 분산되어 인열시편의 초기균열 형성이 억제하여 인열강도가 증가하였지만 6 phr 이상 첨가되었을 때부터 미분쇄 탄소섬유 함량이 증가되어복합재료 내에서의 고무분자간의 결합을 방해하였고 따라서 인열 저항력이 낮아져 균열 형성을 도모하였기 때문이라고 판단된다[1]경 도 고무의 경도 시험은 고무의 탄성변형에 대한 저항능력을 알아보기 위한 것으로 쇼아경도 시험은 반발경도시험에 속한다 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 경도를 쇼아 A 방법으로 측정하였으며 그 결과를 Figure 6에 나타내었다 천연고무(NR)의 경도는 45 카본블랙강화 천연고무 복합재료(CBNR)는 6317 phr 미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCF17CBNR)는 71로 가장 높게 측정되었다 이는 복합재료 내의 미분쇄 탄소섬유 함량 증가와 카본블랙이 첨가됨에 따라서 시편에 미분쇄 탄소섬유의 체적이 증가되며

Figure 4 100 and 300 modulus of NR compounds with milledcarbon fiber reinforcement

Figure 5 Tearing properties of NR compounds with milled carbonfiber reinforcement (a) relationship between force and extensionand (b) comparison of tearing strengths

미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된 천연고무 컴파운드의 기계적 특성 95

미분쇄 탄소섬유는 천연고무에 비해 강성이 크기 때문에복합재료에 첨가되었을 때 보강효과에 의해 경도가 증가되었다고 판단된다

32 파단면 특성 분석

미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유의 함량에 따른 파단측면을 SEM이미지를 통해 관찰한 결과를 Figure 7에 나타내었다 실험결과 미분쇄 탄소섬유의 함량이 증가함에 따라 탄소섬유의 밀도가 증가하였으며 섬유간의 거리가 비교적 일정하게

관찰되었기 때문에 고르게 분산되었다고 판단된다 또한미분쇄 탄소섬유가 수직방향으로 배향된 것이 관찰되었으며 이는 복합재료 제조시 2축-롤-밀을 이용하여 컴파운드를 판상(sheet) 형태로 제작할 때 롤러의 속도 차이에 의해발생되는 전단응력이 롤링 방향으로 가해지면서 미분쇄 탄소섬유가 정렬되었다고 판단된다

4 결 론

본 연구에서는 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된천연고무 복합재료의 미분쇄 탄소섬유 함량에 따른 기계적물성을 인장강도 100 300 모듈러스 인열강도 쇼아경도를 통해 고찰하였다 실험 결과 인장강도는 미분쇄 탄소섬유의 함량을 2 phr까지 첨가하였을 때 증가되었으며 미분쇄 탄소섬유의 함량이 점차 증가할수록 100 300 모듈러스와 쇼아경도가 증가되었다 또한 인열강도는 6 phr까지 첨가하였을 때 증가되었다 따라서 천연고무에 비표면적 특성이 좋은 카본블랙과 고탄성의 미분쇄 탄소섬유의 첨가는 복합재료의 탄성력 향상효과가 있음을 알 수 있었으며 주사현미경을 통해 복합재료의 배향성을 관찰한 결과로서 2축-롤-밀을 이용한 미분쇄 탄소섬유의 배향효과를 알 수 있었다 이러한 결과를 통해 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙의 함량 최적화가 인장강도 탄성력 인열강도가 향상된 복합재료를 제조할 수 있다고 판단된다

Figure 6 Hardness of the NR compounds with milled carbon fiberreinforcement

Figure 7 SEM images of the fractured surfaces of NR compounds with milled carbon fiber reinforcement (a) MCF2CBNR (b) MCF6CBNR (c) MCF12CBNR and (d) MCF17CBNR

96 함은광 최경은 서민강 Textile Science and Engineering 2016 53 91-96

감사의 글 본 연구는 광역경제권거점기관지원사업 탄소밸리구축 사업(탄소섬유카본블랙을 이용한 탄성력이 강화된 탁구 라켓용 러버 개발 R0003401)의 지원에 의하여 수행하였으며 이에 감사드립니다

References

1 Y S Cho and D H Cho ldquoEffect of Kenaf Fiber Loading onthe Properties of Natural FiberNatural Ruber CompositesrdquoElastomers Compos 2011 46 186minus194

2 B H Seo K H Kim and W H Kim ldquoPhysical Properties ofthe Silica-Reinforced Tire Tread Compounds by the IncreasedAmount of Vulcanization Agentsrdquo Elastomers Compos 201348 201minus208

3 J F Fu W Q Yu X Dong L Y Chen H S Jia L Y Shi Q DZhong and W Deng ldquoMechanical and Tribological Propertiesof Natural Rubber Reinforced with Carbon Blacks and Al2O3

Nanoparticlesrdquo Mater Des 2013 49 336minus3464 P Saramolee N Lopattananon and K Sahakaro ldquoPreparation

and Some Properties of Modified Natural Rubber BearingGrafted Poly(Methyl Methacrylate) and Epoxide Groupsrdquo EurPolym J 2014 56 1minus10

5 N Rattanasom S Prasertsri and T RuangritnumchaildquoComparison of the Mechanical Properties at Similar HardnessLevel of Natural Rubber Filled with Various Reinforcing-Fillersrdquo Polym Test 2009 28 8minus12

6 B Omnes S Thuillier P Pilvin Y Grohens and S GilletldquoEffective Properties of Carbon Black Filled Natural RubberExperiments and Modelingrdquo Compos A 2008 39 1141minus1149

7 A I Dacikj G B Gaceva S Rooj S Wiebner and GHeinrich ldquoFine Tuning of the Dynamic Mechanical Propertiesof Natural RubberCarbon Nanotube Nanocomposites byOrganically Modified Montmorillonite A First Step inObtaining High-Performance Damping Material Suitable forSeismic Applicationrdquo Appl Clay Sci 2015 118 99minus106

8 L L Wang L Q Zhang and M Tian ldquoMechanical andTribological Properties of Acrylonitrile-Butadiene RubberFilled with Graphite and Carbon Blackrdquo Mater Des 2012 39450minus457

9 D M Bielinski and A Stepkowska ldquoMechanical Propertiesand Friction of Rubber Vulcanizates Aspects of Crosslink

Structurerdquo Arch Civ Mech Eng 2013 13 192minus19810 N Rattanasom and S Prasertsri ldquoMechanical Properties Gas

Permeability and Cut Growth Behaviour of Natural RubberVulcanizates Influence of Clay Types and ClayCarbon BlackRatiosrdquo Polym Test 2012 31 645minus653

11 S M Hosseini and M R Kashani ldquoVulcanization Kinetics ofNano-Silica Filled Styrene Butadiene Rubberrdquo Polymer 201455 6426minus6434

12 Q Fang B Song T T Tee L T Sin D Hui and S T BeeldquoInvestigation of Dynamic Characteristics of Nano-SizeCalcium Carbonate Added in Natural Rubber VulcanizaterdquoCompos B 2014 60 561minus567

13 F Cataldo ldquoStudy on the Reinforcing Effect of Milled CarbonFibers in a Natural Rubber Based Compositerdquo J MacromolSci Part B Phys 2008 47 818minus828

14 S R Ryu and D J Lee ldquoEffects of Short-fiber Aspect Ratioand Diameter Ratio on Tensile Properties of ReinforcedRubberrdquo Compos Res 2003 16 18minus25

15 S J Park M K Seo M L Park and H Y Kim ldquoCarbonMaterialsrdquo Myoungmoon Co 2015 pp31minus202

16 C S Ryu C K Hong C W Moon and S Y Kang ldquoEffects ofParticle Size and Structure of Fillers on the Friction and WearBehavior of Filled Elastomerrdquo Elastomer 2006 41 194minus204

17 M Ahmadi and A Shojaei ldquoCure Kinetic and NetworkStructure of NRSBR Composites Reinforced by MultiwalledCarbon Nanotube and Carbon Blacksrdquo Thermochim Acta2013 566 238minus248

18 M C Li Y Zhang and U R Cho ldquoMechanical Thermal andFriction Properties of Rice Bran CarbonNitrile RubberComposites Influence of Particle Size and Loadingrdquo MaterDes 2014 63 565minus574

19 C Unterweger J Duchoslav D Stifter and C FurstldquoCharacterization of Carbon Fiber Surfaces and Their Impacton the Mechanical Properties of Short Carbon Fiber ReinforcedPolypropylene Compositesrdquo Compos Sci Technol 2015 10841minus47

20 C W Nah J M Rhee W D Kim S Y Kaang Y W Changand S J Park ldquoEffects of Chemical Surface Modification ofCarbon Black on Vulcanization and Mechanical Properties ofStyrene-Butadiene Rubber Compoundrdquo Elastomer 2001 3644minus51

미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된 천연고무 컴파운드의 기계적 특성 95

미분쇄 탄소섬유는 천연고무에 비해 강성이 크기 때문에복합재료에 첨가되었을 때 보강효과에 의해 경도가 증가되었다고 판단된다

32 파단면 특성 분석

미분쇄 탄소섬유카본블랙강화 천연고무 복합재료(MCFCBNR)의 미분쇄 탄소섬유의 함량에 따른 파단측면을 SEM이미지를 통해 관찰한 결과를 Figure 7에 나타내었다 실험결과 미분쇄 탄소섬유의 함량이 증가함에 따라 탄소섬유의 밀도가 증가하였으며 섬유간의 거리가 비교적 일정하게

관찰되었기 때문에 고르게 분산되었다고 판단된다 또한미분쇄 탄소섬유가 수직방향으로 배향된 것이 관찰되었으며 이는 복합재료 제조시 2축-롤-밀을 이용하여 컴파운드를 판상(sheet) 형태로 제작할 때 롤러의 속도 차이에 의해발생되는 전단응력이 롤링 방향으로 가해지면서 미분쇄 탄소섬유가 정렬되었다고 판단된다

4 결 론

본 연구에서는 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙으로 강화된천연고무 복합재료의 미분쇄 탄소섬유 함량에 따른 기계적물성을 인장강도 100 300 모듈러스 인열강도 쇼아경도를 통해 고찰하였다 실험 결과 인장강도는 미분쇄 탄소섬유의 함량을 2 phr까지 첨가하였을 때 증가되었으며 미분쇄 탄소섬유의 함량이 점차 증가할수록 100 300 모듈러스와 쇼아경도가 증가되었다 또한 인열강도는 6 phr까지 첨가하였을 때 증가되었다 따라서 천연고무에 비표면적 특성이 좋은 카본블랙과 고탄성의 미분쇄 탄소섬유의 첨가는 복합재료의 탄성력 향상효과가 있음을 알 수 있었으며 주사현미경을 통해 복합재료의 배향성을 관찰한 결과로서 2축-롤-밀을 이용한 미분쇄 탄소섬유의 배향효과를 알 수 있었다 이러한 결과를 통해 미분쇄 탄소섬유와 카본블랙의 함량 최적화가 인장강도 탄성력 인열강도가 향상된 복합재료를 제조할 수 있다고 판단된다

Figure 6 Hardness of the NR compounds with milled carbon fiberreinforcement

Figure 7 SEM images of the fractured surfaces of NR compounds with milled carbon fiber reinforcement (a) MCF2CBNR (b) MCF6CBNR (c) MCF12CBNR and (d) MCF17CBNR

96 함은광 최경은 서민강 Textile Science and Engineering 2016 53 91-96

감사의 글 본 연구는 광역경제권거점기관지원사업 탄소밸리구축 사업(탄소섬유카본블랙을 이용한 탄성력이 강화된 탁구 라켓용 러버 개발 R0003401)의 지원에 의하여 수행하였으며 이에 감사드립니다

References

1 Y S Cho and D H Cho ldquoEffect of Kenaf Fiber Loading onthe Properties of Natural FiberNatural Ruber CompositesrdquoElastomers Compos 2011 46 186minus194

2 B H Seo K H Kim and W H Kim ldquoPhysical Properties ofthe Silica-Reinforced Tire Tread Compounds by the IncreasedAmount of Vulcanization Agentsrdquo Elastomers Compos 201348 201minus208

3 J F Fu W Q Yu X Dong L Y Chen H S Jia L Y Shi Q DZhong and W Deng ldquoMechanical and Tribological Propertiesof Natural Rubber Reinforced with Carbon Blacks and Al2O3

Nanoparticlesrdquo Mater Des 2013 49 336minus3464 P Saramolee N Lopattananon and K Sahakaro ldquoPreparation

and Some Properties of Modified Natural Rubber BearingGrafted Poly(Methyl Methacrylate) and Epoxide Groupsrdquo EurPolym J 2014 56 1minus10

5 N Rattanasom S Prasertsri and T RuangritnumchaildquoComparison of the Mechanical Properties at Similar HardnessLevel of Natural Rubber Filled with Various Reinforcing-Fillersrdquo Polym Test 2009 28 8minus12

6 B Omnes S Thuillier P Pilvin Y Grohens and S GilletldquoEffective Properties of Carbon Black Filled Natural RubberExperiments and Modelingrdquo Compos A 2008 39 1141minus1149

7 A I Dacikj G B Gaceva S Rooj S Wiebner and GHeinrich ldquoFine Tuning of the Dynamic Mechanical Propertiesof Natural RubberCarbon Nanotube Nanocomposites byOrganically Modified Montmorillonite A First Step inObtaining High-Performance Damping Material Suitable forSeismic Applicationrdquo Appl Clay Sci 2015 118 99minus106

8 L L Wang L Q Zhang and M Tian ldquoMechanical andTribological Properties of Acrylonitrile-Butadiene RubberFilled with Graphite and Carbon Blackrdquo Mater Des 2012 39450minus457

9 D M Bielinski and A Stepkowska ldquoMechanical Propertiesand Friction of Rubber Vulcanizates Aspects of Crosslink

Structurerdquo Arch Civ Mech Eng 2013 13 192minus19810 N Rattanasom and S Prasertsri ldquoMechanical Properties Gas

Permeability and Cut Growth Behaviour of Natural RubberVulcanizates Influence of Clay Types and ClayCarbon BlackRatiosrdquo Polym Test 2012 31 645minus653

11 S M Hosseini and M R Kashani ldquoVulcanization Kinetics ofNano-Silica Filled Styrene Butadiene Rubberrdquo Polymer 201455 6426minus6434

12 Q Fang B Song T T Tee L T Sin D Hui and S T BeeldquoInvestigation of Dynamic Characteristics of Nano-SizeCalcium Carbonate Added in Natural Rubber VulcanizaterdquoCompos B 2014 60 561minus567

13 F Cataldo ldquoStudy on the Reinforcing Effect of Milled CarbonFibers in a Natural Rubber Based Compositerdquo J MacromolSci Part B Phys 2008 47 818minus828

14 S R Ryu and D J Lee ldquoEffects of Short-fiber Aspect Ratioand Diameter Ratio on Tensile Properties of ReinforcedRubberrdquo Compos Res 2003 16 18minus25

15 S J Park M K Seo M L Park and H Y Kim ldquoCarbonMaterialsrdquo Myoungmoon Co 2015 pp31minus202

16 C S Ryu C K Hong C W Moon and S Y Kang ldquoEffects ofParticle Size and Structure of Fillers on the Friction and WearBehavior of Filled Elastomerrdquo Elastomer 2006 41 194minus204

17 M Ahmadi and A Shojaei ldquoCure Kinetic and NetworkStructure of NRSBR Composites Reinforced by MultiwalledCarbon Nanotube and Carbon Blacksrdquo Thermochim Acta2013 566 238minus248

18 M C Li Y Zhang and U R Cho ldquoMechanical Thermal andFriction Properties of Rice Bran CarbonNitrile RubberComposites Influence of Particle Size and Loadingrdquo MaterDes 2014 63 565minus574

19 C Unterweger J Duchoslav D Stifter and C FurstldquoCharacterization of Carbon Fiber Surfaces and Their Impacton the Mechanical Properties of Short Carbon Fiber ReinforcedPolypropylene Compositesrdquo Compos Sci Technol 2015 10841minus47

20 C W Nah J M Rhee W D Kim S Y Kaang Y W Changand S J Park ldquoEffects of Chemical Surface Modification ofCarbon Black on Vulcanization and Mechanical Properties ofStyrene-Butadiene Rubber Compoundrdquo Elastomer 2001 3644minus51

96 함은광 최경은 서민강 Textile Science and Engineering 2016 53 91-96

감사의 글 본 연구는 광역경제권거점기관지원사업 탄소밸리구축 사업(탄소섬유카본블랙을 이용한 탄성력이 강화된 탁구 라켓용 러버 개발 R0003401)의 지원에 의하여 수행하였으며 이에 감사드립니다

References

1 Y S Cho and D H Cho ldquoEffect of Kenaf Fiber Loading onthe Properties of Natural FiberNatural Ruber CompositesrdquoElastomers Compos 2011 46 186minus194

2 B H Seo K H Kim and W H Kim ldquoPhysical Properties ofthe Silica-Reinforced Tire Tread Compounds by the IncreasedAmount of Vulcanization Agentsrdquo Elastomers Compos 201348 201minus208

3 J F Fu W Q Yu X Dong L Y Chen H S Jia L Y Shi Q DZhong and W Deng ldquoMechanical and Tribological Propertiesof Natural Rubber Reinforced with Carbon Blacks and Al2O3

Nanoparticlesrdquo Mater Des 2013 49 336minus3464 P Saramolee N Lopattananon and K Sahakaro ldquoPreparation

and Some Properties of Modified Natural Rubber BearingGrafted Poly(Methyl Methacrylate) and Epoxide Groupsrdquo EurPolym J 2014 56 1minus10

5 N Rattanasom S Prasertsri and T RuangritnumchaildquoComparison of the Mechanical Properties at Similar HardnessLevel of Natural Rubber Filled with Various Reinforcing-Fillersrdquo Polym Test 2009 28 8minus12

6 B Omnes S Thuillier P Pilvin Y Grohens and S GilletldquoEffective Properties of Carbon Black Filled Natural RubberExperiments and Modelingrdquo Compos A 2008 39 1141minus1149

7 A I Dacikj G B Gaceva S Rooj S Wiebner and GHeinrich ldquoFine Tuning of the Dynamic Mechanical Propertiesof Natural RubberCarbon Nanotube Nanocomposites byOrganically Modified Montmorillonite A First Step inObtaining High-Performance Damping Material Suitable forSeismic Applicationrdquo Appl Clay Sci 2015 118 99minus106

8 L L Wang L Q Zhang and M Tian ldquoMechanical andTribological Properties of Acrylonitrile-Butadiene RubberFilled with Graphite and Carbon Blackrdquo Mater Des 2012 39450minus457

9 D M Bielinski and A Stepkowska ldquoMechanical Propertiesand Friction of Rubber Vulcanizates Aspects of Crosslink

Structurerdquo Arch Civ Mech Eng 2013 13 192minus19810 N Rattanasom and S Prasertsri ldquoMechanical Properties Gas

Permeability and Cut Growth Behaviour of Natural RubberVulcanizates Influence of Clay Types and ClayCarbon BlackRatiosrdquo Polym Test 2012 31 645minus653

11 S M Hosseini and M R Kashani ldquoVulcanization Kinetics ofNano-Silica Filled Styrene Butadiene Rubberrdquo Polymer 201455 6426minus6434

12 Q Fang B Song T T Tee L T Sin D Hui and S T BeeldquoInvestigation of Dynamic Characteristics of Nano-SizeCalcium Carbonate Added in Natural Rubber VulcanizaterdquoCompos B 2014 60 561minus567

13 F Cataldo ldquoStudy on the Reinforcing Effect of Milled CarbonFibers in a Natural Rubber Based Compositerdquo J MacromolSci Part B Phys 2008 47 818minus828

14 S R Ryu and D J Lee ldquoEffects of Short-fiber Aspect Ratioand Diameter Ratio on Tensile Properties of ReinforcedRubberrdquo Compos Res 2003 16 18minus25

15 S J Park M K Seo M L Park and H Y Kim ldquoCarbonMaterialsrdquo Myoungmoon Co 2015 pp31minus202

16 C S Ryu C K Hong C W Moon and S Y Kang ldquoEffects ofParticle Size and Structure of Fillers on the Friction and WearBehavior of Filled Elastomerrdquo Elastomer 2006 41 194minus204

17 M Ahmadi and A Shojaei ldquoCure Kinetic and NetworkStructure of NRSBR Composites Reinforced by MultiwalledCarbon Nanotube and Carbon Blacksrdquo Thermochim Acta2013 566 238minus248

18 M C Li Y Zhang and U R Cho ldquoMechanical Thermal andFriction Properties of Rice Bran CarbonNitrile RubberComposites Influence of Particle Size and Loadingrdquo MaterDes 2014 63 565minus574

19 C Unterweger J Duchoslav D Stifter and C FurstldquoCharacterization of Carbon Fiber Surfaces and Their Impacton the Mechanical Properties of Short Carbon Fiber ReinforcedPolypropylene Compositesrdquo Compos Sci Technol 2015 10841minus47

20 C W Nah J M Rhee W D Kim S Y Kaang Y W Changand S J Park ldquoEffects of Chemical Surface Modification ofCarbon Black on Vulcanization and Mechanical Properties ofStyrene-Butadiene Rubber Compoundrdquo Elastomer 2001 3644minus51